研究背景
Hippo-YAP信號傳導對器官發育和腫瘤發生至關重要，YAP-VGLL4拮抗作用被證實參與調節YAP在不同器官之間的生理功能，但是這種拮抗作用的調節機制，特別是VGLL4的真正E3連接酶，仍然是未知的。近期南昌大學第一附屬醫院趙冰教授團隊聯合復旦大學焦石教授團隊在Nature Chemical Biology (IF 13.7)上發表文章“Nuclear ubiquitination permits Hippo–YAP signal for liver development and tumorigenesis”，發現UBR5作為Hippo-YAP信號通路的核E3連接酶，通過靶向YAP拮抗劑VGLL4，在器官發育和腫瘤發生中發揮關鍵作用。
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實驗動物
Ubr5+/+; mTmG(P21)小鼠
Ubr5flox/flox; mTmG (P21)小鼠
病毒產品
AAV-DJ/8-Ttr-Cre
注射方式
尾靜脈注射
病毒用量
5 × 1011 GC
結果展示
1. 核泛素化允許Hippo-Yap信號傳導
作者使用Ub激活酶抑制劑（TAK-243）評估了整體泛素化對關鍵核轉導信號通路的影響，發現TAK-243處理后Hippo-YAP信號傳導受到抑制，抑制細胞質泛素化應該具有相反的效果，因此作者推斷核泛素化可能是Hippo-YAP信號傳導的決定因素。作者進一步篩選了調節Hippo-YAP信號傳導的潛在E3連接酶，并證實了UBR 5在Hippo-YAP中的關鍵作用。然后通過AP-MS分析UBR5的互作蛋白，發現Vgll4是最富集的相互作用蛋白，并證明UBR5通過與同源染色質結合位點上的VGLL4和YAP配位而允許Hippo-YAP信號傳導。進一步研究發現UBR5通過在K61位點泛素化YAP的拮抗劑VGLL4，進而控制Hippo-YAP信號傳導。
圖1 核泛素化允許Hippo-Yap信號傳導
2. UBR5控制肝膽系統發育
Hippo-YAP信號傳導是肝臟發育、再生和穩態的關鍵調節因子，為了研究Ubr5在肝臟中的功能，作者構建了Ubr5肝臟條件性KO小鼠，發現Ubr5-LKO小鼠在P35時在肝葉上顯示出白色斑塊和可見的壞死區域，膽小管的寬度在P21時顯著增加，并在P35和P56時繼續擴張，表明Ubr5缺失引起的膽汁淤積加重。為了研究膽汁淤積是否是肝細胞自主的，作者使用AAV-Ttr-Cre構建了肝細胞中特異性Ubr5敲除小鼠（Ubr5 Hep-KO），肝臟冷凍切片的熒光成像顯示Ubr5Hep-KO小鼠肝臟中沒有觀察到明顯的肝壞死，表明肝膽汁淤積不是肝細胞自主的，膽道系統功能障礙應該是膽汁淤積誘導肝壞死的原因。此外Ubr5Hep-KO小鼠還出現膽管分支和終末分支長度減少，膽管發育不良的形狀，進一步研究發現Ubr5參與了導管損傷條件下的肝細胞重編程。
圖2 Ubr5控制膽管細胞發育和肝細胞重編程
3.UBR5-VGLL4-YAP與人類癌癥進展相關
在調查臨床蛋白質組學腫瘤分析聯盟（CPTAC）數據庫后，作者發現與鄰近正常組織相比，UBR5在各種腫瘤組織中均勻上調。肝細胞癌（HCC）的蛋白質組學數據表明UBR5蛋白豐度隨著HCC的進展而增加，在S-Pf（增殖亞組）中表達最高，表明UBR5擴增與HCC侵襲性正相關。此外，作者還在不同亞組中研究了VGLL4和UBR5之間的相關性，對于S-Mb（代謝亞組）和S-Me（微環境失調亞組），UBR5表達和Hippo-YAP活性相對較低，VGLL4和UBR5不呈負相關，而以UBR5和YAP活性高為特征的S-Pf中，VGLL4和UBR5呈負相關，表明腫瘤的進展是由于UBR5和VGLL4之間的平衡被打破，從而增加了YAP的激活，進一步研究發現靶向UBR5能限制腫瘤類器官的擴張。
圖3 UBR5-VGLL4-YAP控制人類多種癌癥的進展
實驗結論
本研究通過靶向YAP拮抗劑VGLL4，發現UBR5作為Hippo-YAP信號通路的核E3連接酶，并強調了其在器官發育和腫瘤發生中的關鍵作用，為Hippo-YAP調控提供了分子框架，并表明核泛素化是YAP依賴性惡性腫瘤的潛在治療靶點。鑒于Hippo-YAP和核泛素化在細胞生物學中的多方面作用，核泛素化-YAP通路的重要性可能會延伸到發育和腫瘤發生之外的許多生理和病理過程。