Cell|2018年首篇，中科院生物物理所发表重磅研究成果

iNature：2018年5月3日，中科院生物物理所高璞研究组与纽约大学Gao Ang研究组合作在Cell发表题为”Structural Insights into Non-canonical Ubiquitination Catalyzed by SidE“的研究论文，该论文报告了单独的SidE的晶体结构并且与泛素，NAD和ADP-核糖复合结构。这些结构显示了这种多功能一体泛素化机制的许多意想不到的特征，并为许多以前的功能观察提供了结构性解释。此外，结构和生物化学结果也为底物识别的分子机制以及SidE蛋白的两个反应步骤提供了新的见解。

泛素化是影响真核生物广泛细胞功能的最丰富的翻译后修饰之一。常规的泛素化需要ATP并且通过活化（E1），缀合（E2）和连接（E3）酶的协同作用实现，最终导致泛素的C末端和底物的受体赖氨酸残基之间形成含有异肽键的蛋白质。除了单泛素化外，蛋白分子内的泛素链也可以形成在N-末端甲硫氨酸残基（M1）和所有七个内在赖氨酸残基（K6，K11，K27，K29，K33，K48和K63）上。像大多数翻译后修饰一样，泛素化是一个可逆过程，去泛素化酶或DUB催化泛素去除。

SidEC的总体结构

鉴于蛋白泛素化在包括免疫系统调节在内的许多细胞过程中的重要性，泛素化网络被多种微生物病原体利用。例如，许多细菌效应蛋白通过作为E3连接酶和DUB的分子模拟物或作为修饰泛素化级联的组分的酶起作用来调节泛素化。应该注意的是，无论酶是从宿主细胞还是从病原体衍生的，常规的E1-E2-E3机器对于先前鉴定的蛋白泛素化过程都是必需的。

PDE-mART域间相互作用和CC介导的二聚化

偏离这一基本原理的范式转变伴随着发现Legionella pneumophila效应蛋白的SidE家族，其以E1 / E2非依赖性方式催化泛素化。发现SidE家族包括四种大蛋白（SidE，SdeA，SdeB和SdeC）是细菌复制所必需的。从N端开始，SidE家族蛋白由四个结构域组成：DUB域，磷酸二酯酶（PDE）域，单ADP核糖基转移酶。 SidE家族的mART结构域可以将辅因子NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）的ADP-核糖部分共价连接至泛素化蛋白的R42残基以形成活化的ADP-核糖基化泛蛋白（ADPr-Ub）中间体。该中间体随后被PDE结构域催化以释放AMP和磷酸 - 核糖基化泛素（Pr-Ub），其是泛素部分，其最终通过磷 - 核糖基键连接到底物蛋白的丝氨酸残基上。

SidEC-UbR42A-NAD复合物的结构

已发现SidE家族蛋白能够催化几种不同底物蛋白的非经典泛素化，包括Rab小GTP酶，Reticulon-4（Rtn4）和Rag小GTP酶，以及SidE蛋白本身。与常规泛素化不同，这种非规范修饰对常规DUB有抗性，并且只能由来自嗜肺军团菌的新鉴定的效应蛋白SidJ去除。有趣的是，除了将Pr-Ub修饰加入底物蛋白之外，SidE蛋白还可以通过从ADPr-Ub中间体中去除AMP部分来产生游离Pr-Ub分子。更重要的是，由SidE蛋白质产生的ADPr-Ub和Pr-Ub分子都显示出减弱了常规的泛素化级联反应，导致更广泛和更严重的基本泛素依赖性细胞过程的紊乱。最近的一项研究表明，M1-，K11-，K48-和K63-连接的二泛素蛋白链也可以通过与游离泛素类似的方式被SidE家族修饰，进一步拓宽这种非规范修饰的功能范围。

结合ADP-核糖的PDE结构域的结构

除了SidE蛋白之外，在噬菌体，细菌和真核细胞中也已经鉴定了其他含mART结构域的酶。已经提出，细胞内单ADP-核糖基化在许多真核细胞过程中起重要作用，包括信号转导，基因表达，细胞分化和细胞增殖。然而，MART酶识别底物的分子机制仍不清楚。更好地理解SidE蛋白的催化机制将提供对非规范泛素化和蛋白质ADP-核糖基化的见解。

PDE-Ub复合物的结构

在这里，中科院生物物理所高璞研究组与纽约大学Gao Ang研究组合作报告了单独的SidE的晶体结构并且与泛素，NAD和ADP-核糖复合结构，由此在泛素和配体结合之前和之后捕获不同的SidE构象。与MART和PDE结构域结合的泛素结构揭示了由SidE催化的两个反应步骤的几个独特特征。

SidE家族酶识别底物

此外，结构和生物化学结果表明SidE家族成员不识别底物蛋白质的特定结构折叠。这些结构显示了这种多功能一体泛素化机制的许多意想不到的特征，并为许多以前的功能观察提供了结构性解释。此外，结构和生物化学结果也为底物识别的分子机制以及SidE蛋白的两个反应步骤提供了新的见解。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30516-6

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