編者按 該項研究全面揭示了蛋白磷酸化修飾在SCF 復合體介導的底物蛋白泛素化降解過程中的普遍性和特異性，為深入研究磷酸化修飾和泛素化修飾的交互作用（cross-talk）提供了嶄新的思路。 主要結論 1. 利用定量蛋白質組學和磷酸化組學的方法，篩選磷酸化依賴的SCF潛在泛素化降解底物 為了鑒定CRLs（Cullin-RING ligases）的磷酸化依賴的泛素化底物，使用定量蛋白質組學和磷酸化蛋白組學的方法定量MLN4924誘導改變的蛋白、磷酸化蛋白和磷酸化位點（圖1A）。通過大規模檢測，共鑒定到8286個蛋白、12276個可信度較高的磷酸化位點和4322個磷酸化蛋白。 2. SCF的候選底物蛋白及其參與泛素化降解途徑的磷酸化位點確認 為了確定新的SCF磷酸化依賴的泛素化底物，作者將上述蛋白組學和磷酸化蛋白組學得到的結果與SCF-associated interactome相比對，共篩選到16個已報道的和38個未報到的SCF底物（圖2A）。通過免疫印跡實驗以及磷酸化位點突變等實驗，最終確定BAG3、UFD1和PRKAR1A這三個蛋白確為SCF的底物且蛋白的磷酸化是SCF依賴的泛素化降解的必要條件。 3. BAG3磷酸化介導泛素化降解機制研究 為了探究FBXO22調控BAG3降解的機制，通過過表達、敲除FBXO22以及添加蛋白酶抑制劑的多種實驗方法驗證了FBXO22對BAG3的調控（圖4A、4B、4C和4D）。接著作者將FBXO22蛋白C末端、BAG3的S377位點分別進行點突變做免疫沉淀實驗，證實FBXO22蛋白上與BAG3的結合位點以及BAG的降解需要S377位點的參與（圖4G、4H和4I）。另外研究發現ERK在BAG3 S377位點的磷酸化和BAG3的降解中發揮了重要作用（圖4K）。 4. 保守性磷酸化降解結構域確認 通過將BAG3蛋白上S377位點附近的序列與多物種的序列比對、與SNAI1（已報道的FBXO22底物）的序列做比對，作者發現了磷酸化降解結構域--XXPpSPXPXX結構域（圖4E和圖4F），隨后作者使用FIMO軟件以及生化實驗進一步確認該結構域是否為保守的磷酸化降解結構域。在生化實驗中， RRAS2、EAF1蛋白（與BAG3發揮同樣重要作用且具有相似的結構域的蛋白）經位點突變后，不響應MLN4924的處理（圖5C）亦不能與FBXO22結合（圖5E）。 5. BAG3降解生物學功能研究 通過體內和體外實驗發現，BAG3 S377位點的突變會引起腫瘤的生長（圖6A和6B）。為了更進一步深入了解FBXO22-BAG3調控軸，本研究中開展了定量蛋白組學實驗。與之前的結果一致，在FBXO22敲除的細胞中，BAG3的蛋白水平上升（圖6C）。在FBXO22敲除的細胞中，BAG3基因的沉默也會顯著降低細胞的增殖和遷移能力（圖6G）。 小結
泛素化是生物體內非常重要的蛋白翻譯后修飾，介導了真核生物體內80%~85%的蛋白質降解。該降解途徑是調控蛋白表達水平的重要機制，通過對蛋白質穩定性、定位、活性以及相互作用的調控，廣泛參與轉錄調節細胞凋亡、囊泡運輸等生理過程。磷酸化也是蛋白質組中普遍存在的翻譯后修飾，在細胞信號轉導中發揮重要作用。
Global identification of phospho-dependent SCF substrates reveals a FBXO22 phosphodegron and an ERK-FBXO22-BAG3 axis in tumorigenesis
該項研究通過多種分子生物學和蛋白質組學策略，揭示了SCFFBXO22為BAG3的泛素E3連接酶，FBXO22通過對ERK催化的BAG3的S377位點的磷酸化進行識別，進而促進BAG3的泛素化降解，進一步證明了ERK-FBXO22-BAG3調控軸在腫瘤發生發展中的新機制。生命活動的調節過程并不是單一的調控過程，涉及到復雜的調控網絡。泛素化和磷酸化作為真核生物中最常見的蛋白翻譯后修飾，對于蛋白活性、蛋白表達量以及蛋白功能調節具有至關重要的作用，多項研究表明他們之間存在著相互調節的作用（cross-talk）。本研究成果對于兩種修飾之間的研究提供了很好的范例，也是值得去深入探索的方向。
Cell Death Differ最新報道實現磷酸化與泛素化的交互應答研究（crosstalk）
作者：上海中科新生命生物科技有限公司 2021-12-22T11:44 (訪問量:2882)
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