復(fù)旦溫文玉組揭示HECT型E3連接酶的一種多鎖酶活調(diào)控機(jī)制
泛素連接酶E3選擇特異靶蛋白和位點(diǎn)，因而決定了泛素化修飾的特異性。HECT型E3在多種生理過程中發(fā)揮重要作用，包括細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞增殖、自噬和炎癥，其調(diào)節(jié)異常與癌癥、免疫紊亂和神經(jīng)系統(tǒng)病變等人類疾病密切相關(guān)，作為潛在的治療靶標(biāo)引起了廣泛關(guān)注。HECT型E3的C端含有特征的由N/C兩個(gè)lobe組成的HECT結(jié)構(gòu)域，能夠接受從E2轉(zhuǎn)移的泛素并隨后將泛素轉(zhuǎn)移至特定底物?；诓煌腘端結(jié)構(gòu)域，HECT型E3可分為幾個(gè)亞家族，其中最大的家族Nedd4有9個(gè)成員（WWP1 / 2，Nedd4 / 4L，Smurf1 / 2，NEDL1 / 2和Itch），其N端由一個(gè)負(fù)責(zé)亞細(xì)胞定位的C2結(jié)構(gòu)域和2-4個(gè)負(fù)責(zé)底物識(shí)別的WW結(jié)構(gòu)域組成。
為了防止底物和自身過度泛素化，HECT型E3通常利用分子內(nèi)或分子間相互作用來抑制自身的活性。近期，Philip A. Cole組（Mol Cell, 2017）與溫文玉組(EMBO Rep, 2017;JBC, 2018)分別報(bào)道了WWP2、Itch及其果蠅同源蛋白Su(dx)的自抑制機(jī)制，結(jié)果表明WW2結(jié)構(gòu)域及隨后的一段Linker（L）通過占據(jù)HECT上的泛素結(jié)合位點(diǎn)及限制C-lobe的自由度來抑制它們的活性。這種WW2L介導(dǎo)的自抑制可以通過WW結(jié)構(gòu)域結(jié)合含多個(gè)PY motif的接頭蛋白Ndfip1、或JNK1介導(dǎo)的磷酸化、或者L的磷酸化來釋放。然而許多問題仍然存在，如HECT類E3是否存在共同的調(diào)節(jié)機(jī)制？WW2L是否參與調(diào)控其他Nedd4家族成員的活性？HECT結(jié)構(gòu)域是否存在其他的調(diào)控位點(diǎn)？
2019年7月18日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院/華山醫(yī)院神經(jīng)外科溫文玉課題組在Nature Communicaitons雜志上發(fā)表了題為“A multi-lock inhibitory mechanism for fine-tuning enzymeactivities of the HECT family E3 ligases”的研究工作，該研究揭示了Nedd4家族E3普遍采用一種可變的多鎖抑酶活性調(diào)控機(jī)制，拓展了對(duì)HECT類泛素連接酶活性調(diào)控的認(rèn)識(shí)。
該研究解析了WWP1在完全抑制狀態(tài)（2L34HECT）和部分激活狀態(tài)（L34HECT）的晶體結(jié)構(gòu)（下圖）。結(jié)構(gòu)分析表明，WW2，L和WW4形成類似頭戴式耳機(jī)的結(jié)構(gòu)，其中WW2和WW4結(jié)合在HECT N-Lobe的兩側(cè)，而L形成α-螺旋結(jié)合在HECT的N-和C-lobe之間。WWP1的WW2L結(jié)合HECT的模式與WWP2/Itch非常相似。有趣的是，HECT的N端延伸序列占據(jù)了WW4結(jié)構(gòu)域中的經(jīng)典PY motif結(jié)合位點(diǎn)。這種多位點(diǎn)相互作用通過阻止E2-E3的泛素轉(zhuǎn)移過程使WWP1保持在完全無活性狀態(tài)，而WWP1眾多癌癥相關(guān)的突變使其轉(zhuǎn)為半開放的構(gòu)象從而增強(qiáng)了WWP1連接酶活性，并可能通過增加ΔNp63α泛素化降解來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移。
最后，研究表明這種多鎖調(diào)節(jié)機(jī)制在WWP2和Itch中是保守的，而Nedd4/4L和Smurf2使用略有不同的多鎖抑制機(jī)制?？傮w而言，該研究揭示了HECT家族泛素連接酶多樣的調(diào)控機(jī)制。除了先前報(bào)道的“Re”和“H”位點(diǎn)，它們分別負(fù)責(zé)結(jié)合WW2（WWP2和Itch）或C2（Smurf2和Nedd4 / 4L）和L（WWP2和Itch），該研究發(fā)現(xiàn)了HECT上一個(gè)新的“Le”調(diào)控位點(diǎn)。通過“Re”/“H”或“Le”/“H”雙位點(diǎn)結(jié)合，Nedd4 E3可以保持部分激活狀態(tài)；當(dāng)“Re”，“H”和“Le”位點(diǎn)全部被占據(jù)時(shí)（即多鎖調(diào)控），Nedd4 E3處于完全自抑制狀態(tài)。這種多層調(diào)節(jié)機(jī)制可以使Nedd4 E3表現(xiàn)出不同的活性，從而更精確地調(diào)控細(xì)胞的各種生理進(jìn)程。在這些調(diào)節(jié)位點(diǎn)處的翻譯后修飾或激動(dòng)劑的結(jié)合可以使這些E3處于部分或完全活性狀態(tài)。然而，這些位點(diǎn)的病理性突變則會(huì)引起E3酶活性的錯(cuò)誤調(diào)節(jié)從而導(dǎo)致許多疾病，如癌癥。該研究為理解這些病理性突變提供了可能的分子機(jī)制。
溫文玉題組的王振和劉子亨博士為該論文的共同第一作者；溫文玉研究員為該論文的通訊作者。
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https://doi.org/10.1038/s41467-019-11224-7
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