復旦溫文玉組揭示HECT型E3連接酶的一種多鎖酶活調控機制
泛素連接酶E3選擇特異靶蛋白和位點，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，包括細胞周期進程、細胞增殖、自噬和炎癥，其調節(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，作為潛在的治療靶標引起了廣泛關注。HECT型E3的C端含有特征的由N/C兩個lobe組成的HECT結構域，能夠接受從E2轉移的泛素并隨后將泛素轉移至特定底物?；诓煌腘端結構域，HECT型E3可分為幾個亞家族，其中最大的家族Nedd4有9個成員（WWP1 / 2，Nedd4 / 4L，Smurf1 / 2，NEDL1 / 2和Itch），其N端由一個負責亞細胞定位的C2結構域和2-4個負責底物識別的WW結構域組成。
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)分別報道了WWP2、Itch及其果蠅同源蛋白Su(dx)的自抑制機制，結果表明WW2結構域及隨后的一段Linker（L）通過占據(jù)HECT上的泛素結合位點及限制C-lobe的自由度來抑制它們的活性。這種WW2L介導的自抑制可以通過WW結構域結合含多個PY motif的接頭蛋白Ndfip1、或JNK1介導的磷酸化、或者L的磷酸化來釋放。然而許多問題仍然存在，如HECT類E3是否存在共同的調節(jié)機制？WW2L是否參與調控其他Nedd4家族成員的活性？HECT結構域是否存在其他的調控位點？
2019年7月18日，復旦大學生物醫(yī)學研究院/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控機制，拓展了對HECT類泛素連接酶活性調控的認識。
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）的晶體結構（下圖）。結構分析表明，WW2，L和WW4形成類似頭戴式耳機的結構，其中WW2和WW4結合在HECT N-Lobe的兩側，而L形成α-螺旋結合在HECT的N-和C-lobe之間。WWP1的WW2L結合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結構域中的經(jīng)典PY motif結合位點。這種多位點相互作用通過阻止E2-E3的泛素轉移過程使WWP1保持在完全無活性狀態(tài)，而WWP1眾多癌癥相關的突變使其轉為半開放的構象從而增強了WWP1連接酶活性，并可能通過增加ΔNp63α泛素化降解來促進腫瘤細胞遷移。
最后，研究表明這種多鎖調節(jié)機制在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制。總體而言，該研究揭示了HECT家族泛素連接酶多樣的調控機制。除了先前報道的“Re”和“H”位點，它們分別負責結合WW2（WWP2和Itch）或C2（Smurf2和Nedd4 / 4L）和L（WWP2和Itch），該研究發(fā)現(xiàn)了HECT上一個新的“Le”調控位點。通過“Re”/“H”或“Le”/“H”雙位點結合，Nedd4 E3可以保持部分激活狀態(tài)；當“Re”，“H”和“Le”位點全部被占據(jù)時（即多鎖調控），Nedd4 E3處于完全自抑制狀態(tài)。這種多層調節(jié)機制可以使Nedd4 E3表現(xiàn)出不同的活性，從而更精確地調控細胞的各種生理進程。在這些調節(jié)位點處的翻譯后修飾或激動劑的結合可以使這些E3處于部分或完全活性狀態(tài)。然而，這些位點的病理性突變則會引起E3酶活性的錯誤調節(jié)從而導致許多疾病，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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