百人博士最新Nature子刊文章：泛素化修饰的特殊因子

　　生物通报道：细胞内蛋白泛素化经由泛素-蛋白酶体途径实现。在这个过程中，一系列酶（E1、E2和E3）调控泛素链组合体，而且当正确的泛素化发生之后，一个冗余的或受损的蛋白就会被蛋白酶体破坏掉，关于泛素链形成的机制尚不是十分清楚。

来自中国科学院动物研究所，美国国立卫生研究院的研究人员近期发现在蛋白质泛素化修饰过程中还存在一个额外的泛素链延伸因子，他们揭示了第一个被被鉴定出来的E4：Ufd2p延长泛素链的作用机制，这将大大的拓展了人们对蛋白质泛素化修饰领域的认识。

这一研究成果公布在2月7日的Nature Communications杂志上，文章的通讯作者是动物研究所李卫研究员，助理研究员刘超博士为第一作者。李卫研究组主要从事蛋白质泛素化和类泛素化修饰的分子机制及其在配子发生中的作用机制方面的研究，从配子成熟、减数分裂、体细胞-生殖细胞互作和干细胞维持与分化四方面系统深入地解析泛素化和类泛素化修饰在配子发生和干细胞维持过程中的调控机理。

蛋白质泛素化修饰需要泛素经过泛素激活酶（E1）、泛素接合酶（E2）以及泛素连接酶（E3）的逐步催化转移到底物蛋白上。在这篇文章中，研究人员通过在体外重构Ufd4p-Ufd2p泛素催化体系，发现Ufd2p可以在Ufd4p合成的Lys29连接泛素链上催化Lys48连接的多位点单泛素化修饰进而形成树枝状泛素链。在离体和在体条件下，均可以在泛素融合蛋白Ub-V-GFP上检测到这种树枝状泛素链。

Ufd2p催化此类反应需要其氨基端的两个环区识别Ub-V-GFP上的Lys29连接泛素链。Ufd2p催化合成的这种树枝状泛素链可以被蛋白酶体衔接蛋白，如Rad23p，Dsk2p以及Rpn10p等识别，进而介导其修饰底物蛋白的降解。因此，Ufd2p可以作为一种新型的泛素链转换因子，将非降解型泛素链信号转换为可被蛋白酶体识别的降解型泛素链信号，进而促进修饰底物的降解。Ufd2p这种泛素链连接形式转换的功能在内质网相关的蛋白质降解（ERAD）、OLE通路以及酸性条件耐受等方面可以发挥重要作用。

这项研究揭示了Ufd2p（E4）延长泛素链的作用机制，Ufd2p作为泛素链转换因子的功能大大的拓展了人们对蛋白质泛素化修饰领域的认识。　　

（生物通：万纹）

此项研究采用了Thermo Scientific的EZ-link sulfo-NHS-Biotin进行生物素标记，索取相关技术资料

作者简介：

李卫，现为中国科学院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室研究员，蛋白质修饰与配子发生研究组组长，国家重点研发计划首席科学家。1998年和2003年于兰州大学获得学士及博士学位。2003年8月至2009年5月分别在清华大学生物科学与技术系和美国国立健康研究院NIDDK从事博士后研究。2009年中国科学院“****”引进海外杰出人才。李卫研究员主要从事蛋白质泛素化和类泛素化修饰的分子机制及其在配子发生中的作用机制方面的研究，从配子成熟、减数分裂、体细胞-生殖细胞互作和干细胞维持与分化四方面系统深入地解析泛素化和类泛素化修饰在配子发生和干细胞维持过程中的调控机理，为生殖和衰老相关疾病的诊治提供新的靶点和思路。迄今已在Nature、EMBO J、PNAS、Autophagy、Cell Res、Nucleic Acids Res、PLoS Genet等杂志发表论文50余篇。

研究领域：
本研究组关注“生”与“死”这两大生命永恒主题，具体来说包括：
　　1）配子发生尤其是减数分裂的翻译后修饰调控。配子发生受到转录、翻译和翻译后修饰的调控，而蛋白质的翻译后修饰尤其是泛素化及类泛素化修饰在精子形态建成、减数分裂和体细胞-生殖细胞互作调控过程中的发挥重要作用。我们一方面将通过各种途径寻找配子发生尤其是减数分裂特异的泛素化和类泛素化修饰，并研究它们在该过程中的功能和作用机制；另一方面将以同步化的减数分裂和精子发生体系为基础，通过定量蛋白质组学筛选配子发生过程中的特定修饰位点，然后以酵母和小鼠为模型研究它们在此过程当中的功能和作用机制。
　　2）组蛋白修饰在减数分裂以及干细胞维持和分化中的功能和作用机制。组蛋白修饰是表观遗传学的重要形式之一，其在减数分裂、干细胞维持和分化等过程当中发挥了重要作用。目前，我们正在研究组蛋白H2A和H2B的泛素化修饰在减数分裂和干细胞维持与分化过程中的功能和作用机制。此外，我们将一方面通过功能筛选寻找组蛋白上对于减数分裂和干细胞维持与分化重要的位点，并研究它们的功能和作用机制；另一方面通过蛋白质组学研究组蛋白在这些过程当中的修饰谱变化，进一步解析这些修饰在此过程当中的功能和作用机制。
　　3）生殖和衰老相关疾病的翻译后修饰调控基础。为了研究蛋白质翻译后修饰在生殖和衰老相关疾病中的致病机理，我们将一方面收集临床上不孕不育症及衰老相关疾病等患者样本，利用外显子捕获或者是全基因组测序寻找相应患者的致病基因，然后通过小鼠模型验证相应基因的功能并研究其致病机制；另一方面将根据我们已有的不育和早衰疾病模型，临床上筛查类似患者的相应基因是否存在类似的突变，探讨其机制并通过基因治疗和干细胞等方式探索可能的诊治手段。
　　总之，“方生方死，方死方生”，我们将在生与死之间感悟生命的巡回。

原文摘要：

Ufd2p synthesizes branched ubiquitin chains to promote the degradation of substrates modified with atypical chains

Ubiquitination of a subset of proteins by ubiquitin chain elongation factors (E4), represented by Ufd2p in Saccharomyces cerevisiae, is a pivotal regulator for many biological processes. However, the mechanism of Ufd2p-mediated ubiquitination is largely unclear. Here, we show that Ufd2p catalyses K48-linked multi-monoubiquitination on K29-linked ubiquitin chains assembled by the ubiquitin ligase (Ufd4p), resulting in branched ubiquitin chains. This reaction depends on the interaction of K29-linked ubiquitin chains with two N-terminal loops of Ufd2p. Only following the addition of K48-linked ubiquitin to substrates modified with K29-linked ubiquitin chains, can the substrates be escorted to the proteasome for degradation. We demonstrate that this ubiquitin chain linkage switching reaction is essential for ERAD, oleic acid and acid pH resistance in yeast. Thus, our results suggest that Ufd2p functions by switching ubiquitin chain linkages to allow the degradation of proteins modified with a ubiquitin linkage, which is normally not targeted to the proteasome.