组合泛素密码：破解去泛素化保护底物的降解之谜

在蛋白质泛素化研究中，去泛素化稳定的底物如何被定向降解尚不明确。Hoshi 大学等机构的研究人员开展了关于泛素化相关机制的研究，发现 TRIP12 和 UBR5 协同修饰去泛素化酶（DUB）OTUD5，促进其降解，这揭示了泛素化调控的新机制。

　　在细胞的生命活动中，蛋白质泛素化起着至关重要的作用，它就像一个精密的 “分子开关”，调控着众多细胞功能。泛素分子可以通过不同的连接方式，与蛋白质底物结合，形成多样化的泛素链，这些不同的连接方式构成了所谓的 “泛素密码”。其中，分支泛素链在蛋白质降解过程中扮演着关键角色，就像给蛋白酶体发送了一个 “优先处理” 的信号，能促使底物更快地被降解。然而，目前对于不同类型的泛素连接在分支泛素链中的具体功能，科学家们还知之甚少。与此同时，去泛素化酶（DUB）能够去除蛋白质上的泛素，保护底物不被降解，可当细胞需要降低某些蛋白质水平时，这些被去泛素化保护的蛋白质，比如 DUB 及其相关蛋白，是如何被定向降解的，这一问题也困扰着科研人员。为了解开这些谜团，来自日本 Hoshi 大学、东京大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。最终，他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们揭示了许多重要的信息。
研究人员主要运用了定量蛋白质组学、RNA 测序等关键技术。定量蛋白质组学能够帮助研究人员全面地分析细胞内蛋白质的变化情况，从而筛选出与研究相关的蛋白质；RNA 测序则用于探究基因表达的变化，了解不同基因在细胞活动中的作用。
研究结果如下：

1. TRIP12 促进 OTUD5 泛素化和降解：研究人员通过基于串联质量标签（TMT）的定量蛋白质组学技术，筛选出 TRIP12 敲低后积累的蛋白质，发现 OTUD5 在其中。进一步研究表明，TRIP12 与 OTUD5 相互作用，促进其泛素化和降解，且 OTUD5 蛋白质积累并非由 mRNA 水平变化导致。
2. TRIP12 和 UBR5 协同组装 K29/K48 分支泛素链：体外和细胞实验证实，TRIP12 使 OTUD5 特异性地修饰上 K29 连接的泛素链，而 UBR5 参与组装 K48 连接的泛素链，二者协同作用，使 OTUD5 形成 K29/K48 分支泛素链。同时，敲低 TRIP12 或 UBR5 会导致 OTUD5 积累，表明二者对 OTUD5 的降解都不可或缺。
3. TRIP12–OTUD5 拮抗调节 NF-κB 信号通路：RNA 测序分析显示，TRIP12 和 OTUD5 的敲低会影响基因表达，其中 “炎症反应” 相关基因受到调控。进一步研究发现，TRIP12 是 TNF-α 诱导的 NF-κB 信号通路的增强剂，TRIP12 和 OTUD5 在该信号通路中存在拮抗作用，OTUD5 可能通过对 TRAF2 的去泛素化影响 NF-κB 信号通路。
4. OTUD5 高效切割 K48 连接但不切割 K29 连接：通过体外去泛素化实验，研究人员发现 OTUD5 能高效切割 K11、K48 和 K63 连接的泛素链，但对 K29 连接的泛素链切割能力很弱。对于 K29/K48 连接的分支泛素链，OTUD5 也难以完全切割，说明 K29 连接不仅自身对 OTUD5 的切割具有抗性，还能在一定程度上稳定与之相连的 K48 连接。
5. OTUD5 拮抗 UBR5 介导的 K48 泛素化，被 TRIP12 克服：体外泛素化 / 去泛素化实验表明，OTUD5 的去泛素化活性会拮抗 UBR5 介导的 K48 连接的泛素链组装，但对 TRIP12 介导的 K29 连接的泛素链形成没有影响。此外，实验还证明了 K29 连接的泛素化对于克服 OTUD5 的去泛素化活性、促进底物降解至关重要。
6. 蛋白质组学分析揭示某些 TRIP12/UBR5 共调节的底物受 OTUD5 保护：重新分析定量蛋白质组学数据，研究人员发现一些蛋白质受 TRIP12 和 UBR5 共同调节，且这些蛋白质相对长寿命，可能受到 OTUD5 的保护。以 ARMC7 为例，它与 OTUD5 稳定结合，其泛素化和降解机制与 OTUD5 相似，进一步证明了该研究机制的普遍性。
   在结论与讨论部分，研究人员揭示了一种由抗 DUB 和靶向蛋白酶体的泛素连接组合而成的泛素密码，用于底物降解。在这个模型中，K29 连接作为 “抗 DUB 泛素链”，在蛋白酶体降解过程中发挥关键作用，促进 K48 连接的组装。同时，研究还发现了 TRIP12、UBR5 和 OTUD5 之间复杂的相互作用，它们通过编辑复杂的泛素结构精细调节底物降解。此外，该研究在 NF-κB 信号通路的调节中展示了 TRIP12–OTUD5 相互作用的生物学重要性。总的来说，这项研究为我们理解蛋白质泛素化的调控机制提供了新的视角，揭示了去泛素化保护的蛋白质如何被定向降解的奥秘，对于深入探究细胞内蛋白质质量控制、信号通路调节以及相关疾病的发生发展机制具有重要意义，也为未来相关领域的研究奠定了坚实的基础。