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E2泛素(Ub)结合酶主要决定Ub结合为Ub-异肽(赖氨酸)、Ub-氧酯(丝氨酸/苏氨酸)或Ub-硫酯(半胱氨酸)。然而，细胞内E2特异性Ub结合模式仍然难以捉摸。
2025年1月6日，清华大学尹航团队在Nature Chemical Biology（IF=13）在线发表题为“E2–Ub-R74G strategy reveals E2-specific ubiquitin conjugation profiles in live cells”的研究论文，该研究开发了融合E2-Ub-R74G图谱(FUSEP)策略，以氨基酸分辨率评估细胞中E2特异性Ub结合图谱。探针特异性亮氨酸-甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸修饰的Ub残基使非赖氨酸Ub结合的系统研究成为可能，并提供位点特异性信息。研究发现多种E2酶参与非赖氨酸泛素化。使用UBE2D3–Ub-R74G探针进行的分析确定了人类Cullin-1(Cullin-RING E3 Ub连接酶的支架蛋白)中的翻译后修饰，即酪氨酸泛素化。这种修饰不同于赖氨酸泛素化。一种单通道膜结合E3连接酶RNF149被鉴定为与UBE2D3配对，通过泛素化凋亡相关的斑点样蛋白ASC来调节焦磷酸细胞凋亡。该工具为揭示E2特异性Ub结合谱和鉴定以前未知的E3 Ub连接酶的潜在治疗应用铺平了道路。泛素化是一种动态的翻译后修饰，泛素(Ub)与几乎所有真核系统中的靶蛋白结合。Ub可以与底物共价结合，并通过其七个赖氨酸或蛋氨酸残基中的一个形成Ub链。这增加了Ub共轭和链连接或Ub密码的复杂性，它们发挥不同的生物学作用。理解细胞Ub接合轮廓，尤其是活细胞内的接合轮廓，是Ub研究中的一个基本问题。例如，众所周知的Ub-蛋白酶体系统需要靶向蛋白的泛素化，特别是通过K48连接，以进行蛋白降解。更好地了解Ub酶是潜在治疗应用的基础，例如使用小分子降解剂或抗体对“不可降解”的目标进行靶向蛋白降解(TPD)。泛素化需要E1 Ub激活酶、E2 Ub结合酶和E3 Ub连接酶的协同作用来将Ub转移至底物。人类基因组编码超过30种E2酶，通过大约600种E3连接酶接收Ub并将其转移到底物上。E2酶通常是具有高度保守的催化核心的小蛋白质，通过将活化的Ub从E1传递到底物来充当“中间人”。然而，当与真正有趣的新基因(环)E3连接酶或U-box E3连接酶配对时，E2酶表现出实质性的功能多样性，并主要决定Ub接合的特异性。E3连接酶主要在Ub酶级联期间建立底物特异性。基于活性的Ub探针已被开发为体外获得Ub酶的生化和结构洞察力的有效工具。然而，对活细胞中E2特异性泛素化谱的理解仍然很有限，因为缺乏合适的工具来区分E2特异性Ub结合和整个Ub途径。将E2与过氧化物酶或生物素连接酶融合的近感标记方法引入了显著的空间位阻，因为E2只有近感标记连接酶大小的一半。用E2–Ub-R74G探针和羟胺处理分析E2特异性非赖氨酸Ub结合（图源自Nature Chemical Biology ）
总体而言，FUSEP技术为研究酪氨酸（tyrosine）泛素化提供了全新的视角和必要的工具。酪氨酸泛素化长期以来未得到明确证实，主要由于其在细胞中的化学特性使得传统的检测方法难以捕捉。FUSEP通过精确的探针设计和优化的质谱分析，首次揭示了酪氨酸泛素化在多个关键人源蛋白上（CUL1、CAND1、HOIL1、HOIP和OGT）的存在，尤其在SCF E3复合体中的CUL1蛋白上，发现了酪氨酸泛素化修饰。该技术不仅为酪氨酸泛素化的分子机制提供了的研究工具，也推动了非赖氨酸泛素化研究的进展。FUSEP技术的简便易用和高灵敏度，使其成为探索复杂泛素化修饰的一种有效方法，有望在未来的研究中发挥重要作用，进一步深化对泛素化修饰多样性及其生物学功能的理解。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41589-024-01809-9#Sec31
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