Nature Cell Biology：去泛素化酶OTUD3调控PTEN稳定性

　　

PTEN是继p53之后被发现在多种肿瘤中频繁突变的抑癌基因，与p53并称为基因组稳定性的两大守护者。虽然目前已发现了几种PTEN的泛素连接酶，但对于调控PTEN稳定性的去泛素化酶还知之甚少。

军事医学科学院张令强研究员领导的团队发现，去泛素化酶OTUD3通过去除PTEN的多聚泛素化维持其蛋白水平，并抑制肿瘤形成。这一研究成果发表在《Nature Cell Biology》杂志上。

与快速降解的p53不同，PTEN似乎是一种相对稳定的蛋白质，这表明细胞通过一定的机制来维持蛋白稳定性。之前的研究发现有5种泛素连接酶可促进PTEN泛素化，但PTEN去泛素化酶的研究却很少。HAUSP（又称为USP7）可以去除PTEN的单泛素化，但对PTEN蛋白稳定性的影响极小。因此，研究人员开始寻找去除PTEN多聚泛素化并维持蛋白稳定性的酶。

OTUD3维持PTEN的稳定性

他们在全蛋白质组范围内开展了去泛素化酶（DUB）的筛选，发现OTUD3（OTU domain-containing protein 3）能够显著上调PTEN的水平。OTUD3以依赖其DUB活性的方式调控PTEN，因为无催化活性的突变体C76A失去了上调PTEN的能力，甚至表现出下调作用。

进一步的分析表明，OTUD3 N端含OTU的区域介导了与PTEN C2结构域的相互作用。体外泛素化分析表明，OTUD3直接去除了PTEN的泛素链。他们接下来研究了哪些类型的PTEN泛素链受到OTUD3影响，发现OTUD3有效去除了与第48位赖氨酸相连的多聚泛素化，而不是单泛素化。总之，OTUD3是一种特异性的去泛素化酶，通过去除PTEN的多聚泛素化修饰而稳定PTEN的蛋白水平。

OTUD3或PTEN的敲低会提高Akt及其下游靶点的磷酸化水平。重要的是，将PTEN重新引入OTUD3敲低的细胞会下调Akt及其下游靶点的磷酸化水平，反过来，OTUD3则无法挽救PTEN敲低的影响。这表明OTUD3在PTEN的上游发挥作用，抑制了致癌的Akt信号通路的激活。

OTUD3在体内体外抑制肿瘤形成

研究人员猜测，OTUD3可能像PTEN一样，发挥肿瘤抑制因子的作用。为了验证这一假设，他们在乳腺癌细胞系中过表达野生型或C76A OTUD3，发现野生型OTUD3可以抑制肿瘤细胞生长，而突变体C76A不行（图1）。此外，在乳腺癌细胞系中敲低OTUD3的表达可以促进肿瘤形成。重要的是，在PTEN表达缺陷的乳腺癌细胞系中，OTUD3的敲低对成瘤能力没有显著影响，表明OTUD3调控肿瘤发生依赖于PTEN的存在。裸鼠体内接种实验也表明，OTUD3可以抑制肿瘤的形成。

图1. OTUD3抑制肿瘤形成

为了进一步研究OTUD3在体内的肿瘤抑制作用，研究人员委托赛业生物构建了OTUD3转基因小鼠模型。他们发现，OTUD3转基因小鼠表达更高水平的PTEN。这种小鼠胚胎成纤维细胞中的PTEN泛素化水平降低，PTEN半衰期延长，且Akt通路激活的持续时间缩短。此外，他们将OTUD3转基因小鼠与MMTV-PyMT转基因小鼠进行交配，后者被广泛用于乳腺肿瘤发生和转移的研究。正如预期的那样，OTUD3对乳腺癌发生具有显著的抑制作用。这些数据一致表明，OTUD3在体内是PTEN的正调控因子。

人类癌症中的OTUD3突变

由于其肿瘤抑制特性，研究人员推测OTUD3在人类乳腺癌中发生突变。他们收集了50对癌组织和癌旁组织，发现三个病例的癌组织中存在突变（E86K突变或R79T/E86K双突变）。值得注意的是，尽管三个病例都携带野生型的PTEN基因，但PTEN的蛋白表达几乎检测不到。他们发现，E86K突变体不能在体内和体外有效去除PTEN的泛素化，从而失去了维持PTEN蛋白稳定性的能力。

他们还发现，与癌旁组织相比，癌组织中的OTUD3 mRNA表达显著降低，且PTEN的蛋白水平与OTUD3的表达呈正相关。OTUD3的表达还与乳腺癌患者的预后显著相关。OTUD3的表达水平越低，患者发生转移的概率越大，生存期越短。这些结果表明OTUD3表达在乳腺癌中下调，伴随着PTEN的减少而促进肿瘤发生和转移。

图2. PTEN蛋白在翻译后水平的“阴阳”控制模式

综上，这项研究确定OTUD3是一种特异性的去泛素化酶，可去除PTEN的多聚泛素化修饰。OTUD3与之前报道的E3泛素连接酶和去泛素化酶协同作用，控制PTEN的“阴阳”平衡（图2）。未来还需要进一步的研究来确定OTUD3的生理功能以及它与其他去泛素化酶的协同作用。

原文检索

Yuan, L., Lv, Y., Li, H. et al. Deubiquitylase OTUD3 regulates PTEN stability and suppresses tumorigenesis. Nat Cell Biol 17, 1169–1181 (2015). https://doi.org/10.1038/ncb3218