Nature子刊：USP53中k63键导向的去泛素酶活性的发现及其机制

去泛素酶（Deubiquitinases, DUBs）是细胞用来修饰由泛素蛋白产生的蛋白质修饰的酶，从而调节蛋白质。dub的故障可能导致疾病，包括癌症和神经退行性疾病。一种名为USP53的蛋白质最近与进行性家族性肝内胆汁淤积症（一种儿童遗传性肝病）有关，但其作用机制仍不明确。虽然它的序列使它成为去泛素酶家族的一部分，但之前检测催化活性的尝试仍然没有定论。现在，由马克斯普朗克分子生理学研究所组长Malte Gersch领导的一个团队，与来自多特蒙德大学和鹿特丹伊拉斯谟大学医学中心的研究人员一起，解码了USP53及其相关酶USP54的作用模式。科学家们发现，这两种酶都能从蛋白质中去除特异性长的多泛素链。他们还确定了USP53作用的蛋白质可能与肝脏疾病有关，从而提示如何确定针对此类疾病的靶向治疗。

　　

细胞采用一种简单的技巧来修饰蛋白质，使其具有降解、DNA修复或炎症反应等特定功能：它们用一种或多种被称为泛素的小蛋白质标记蛋白质。相反，细胞也可以去除它们：“我们的研究重点是去除这些标签的蛋白质，称为去泛素酶，”该出版物的第一作者之一Kai Gallant说。人类大约有100个DUBs，其中泛素特异性蛋白酶（USP）是最大的家族。到目前为止，科学家们称USP53和USP54为“非活性”，因为它们对泛素几乎没有催化活性。“然而，USP53基因的突变与儿童胆汁淤积症有关，这鼓励了我们对它们进行调查，”Gallant补充说。

剖析机理

MPI的科学家们在不同的多泛素链上测试了USP53和USP54，它们的活性在较长的多泛素链上变得明显：它们特异性地切割了被称为K63-linked的多泛素链，这是8种泛素链中的一种。“这是令人惊讶的，因为没有其他人类USP酶表现出对特定链接的偏好，”该项目的发起人、该出版物的第一作者金·温德里奇说。她的工作揭示了USP53和USP54有不同的修剪技术：USP53从底物蛋白上刮掉了完整的k63链，而USP54缩短了它们。除了通常的S1位点外，这两种去泛素酶都有一个S2催化结构域，这增强了它们靶向较长链的能力。

寻找疾病靶点

最后，研究人员寻找能够解释USP53酶和胆汁淤积症之间联系的泛素化蛋白。先前的研究发现，USP53或对细胞连接很重要的蛋白质（如三胞蛋白和LSR）的突变可以引起类似的胆汁淤积症状。MPI的科学家与鹿特丹的团队合作，使用蛋白质组学和特定方法从细胞中分离出泛素化的三胞蛋白和LSR蛋白，并证实它们被USP53去泛素化。他们认为，不能从这些蛋白质中去除泛素与这种疾病有关。Malte Gersch说：“我们的发现不仅为这组蛋白质增加了两种具有新活性模式的酶，而且还表明如何确定针对泛素化起关键作用的疾病的靶向治疗。”