Sci Adv︱西湖大学李旭团队揭示Notch通路信号整合传递及转录复合物活性调节的分子机制
撰文︱江 华责编︱王思珍，方以一编辑︱杨彬薇
Notch信号通路广泛存在于非脊椎动物和脊椎动物，在进化上高度保守，参与细胞生长，命运决定，胚胎形成及细胞增殖分化等过程[1]。Notch通路失调与多种疾病密切相关，包括多种血液系统恶性肿瘤[2-4]、实体瘤[5]及遗传病等[6,7]。尽管目前已有十余种针对Notch信号通路的靶向药物进入临床试验阶段[8]，但针对携带NOTCH激活突变的癌症均收效甚微。特异性靶向活化NOTCH及其下游转录复合物药物的缺乏或与其复杂的转录调控机制密切相关。
在Notch信号通路中，DNA结合蛋白RBPJ作为转录调节的核心元件，同时具备转录抑制和转录激活的作用[9,10]，但是其由抑制向激活转换的分子机制尚不清楚。仅仅抑制RBPJ蛋白的表达或活性，并不能抑制Notch相关癌症的进展。有研究报道Notch信号通路可以整合多种上游信号，引起广泛的细胞命运重编程。这是如何实现的，又是否与目前靶向Notch转录复合物遇到的临床困境相关呢？因此，深入认识并阐明Notch通路转录复合物活性调节的功能及机制将具有重要的临床意义。
2022年9月21日，西湖大学生命科学学院李旭团队在Science Advances杂志上发表了题为“FBXO42 facilitates Notch signaling activation and global chromatin relaxation by promoting K63-linked polyubiquitination of RBPJ”的研究论文。该研究发现FBXO42通过泛素化RBPJ重塑其先锋因子功能，引起整体染色质重构，从而引起广泛的细胞信号响应，填补了长久以来对Notch通路转录复合物活性调节为之甚少的领域空白，并可能为将来靶向RBPJ泛素化相关途径的治疗提供指导。
为探究Notch通路转录因子RBPJ转录活性的转变机制，研究人员分析了团队之前发表的人类Notch通路蛋白质互作网络，发现FBXO42可能是一个重要的Notch通路调节因子。进一步实验发现FBXO42与RBPJ具有很强的相互作用。FBXO42在Notch激活的T-ALL中高表达，且和Notch通路靶基因的表达呈现较强的正相关。研究表明FBXO42作为SCF泛素连接酶复合物的主要成分，参与调节底物蛋白的泛素化降解与信号传导。为了验证FBXO42是否也参与RBPJ的泛素化修饰，研究人员利用FBXO42敲除细胞系，结合泛素化蛋白质组学及相关生化实验，发现FBXO42通过介导RBPJ K175的K63链型泛素化修饰（图1），促进RBPJ依赖的Notch信号通路的活化。
图1 FBXO42以K63链型泛素化修饰RBPJ K175位点
（图源：Jiang H, et al., Sci Adv, 2022）
那么泛素化修饰是如何影响RBPJ DNA结合能力及转录活性的转变呢，研究人员首先对野生型及FBXO42 敲除细胞进行差异蛋白质组学及表观遗传学分析，观察到FBXO42敲除后RBPJ对染色质修饰蛋白，ATP依赖的染色质重构复合物等的招募作用减弱，染色质结合能力减弱（图2），同时ATAC-seq分析结果显示RBPJ转录调节区域的染色质开放性降低（图3），表明RBPJ K175位点的泛素化修饰对于RBPJ先锋因子的功能至关重要。
图2 FBXO42调节RBPJ转录活性
（图源：Jiang H, et al., Sci Adv, 2022）
图3 FBXO42以RBPJ依赖的方式介导广泛的染色质重构
（图源：Jiang H, et al., Sci Adv, 2022）
由于Notch通路异常激活与T-ALL的发生发展密切相关。为了深入揭示FBXO42-RBPJ的生物学作用，研究者在多种小鼠血液瘤模型中进一步验证了FBXO42的生物学功能，结果显示敲除FBXO42或者是利用小分子抑制剂MLN4924抑制其泛素酶活性均能有效抑制Notch信号的激活，从而缓解肿瘤进程（图4）。
图4 敲除FBXO42或抑制FBXO42泛素酶活性均有效缓解肿瘤发展
（图源：Jiang H, et al., Sci Adv, 2022）
图5 FBXO42通过泛素化RBPJ调控染色质重构及转录活性转变
（图源：李旭实验室）
文章结论与讨论，启发与展望综上所述，研究者利用蛋白质组学及表观遗传学研究发现DNA结合蛋白RBPJ具有先锋因子潜能，可以引起广泛的染色质重构，从而整合上游信号传递到具体的效应蛋白。SCF泛素连接酶复合物的主要成分FBXO42作为Notch信号通路的关键调控因子，通过泛素化修饰RBPJ参与转录活性转变及染色质重构的调节（图5），进而影响Notch相关肿瘤的发生发展，揭示其或可作为Notch相关疾病潜在的药物靶点。尽管MLN4924可以有效缓解Notch依赖的肿瘤进程，利用PROTAC等新型的药物研发技术寻找特异性靶向FBXO42-RBPJ的小分子化合物或针对RBPJ泛素化修饰的化合物仍有待进一步的研究和证明。此外，关于转录复合物的调控机制，是否存在FBXO42以外的调控蛋白及作用机制，以及FBXO42-RBPJ这一作用是否具有细胞及组织特异性，在Notch相关的其他肿瘤中是否具有同样的作用还需进一步的探索。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq4831
第一作者江华（后排左一）、卞维祥（中间右二）、岁月（后排右一）、通讯作者李旭（中间左二）
（照片提供自：李旭实验室）
通讯作者简介（上下滑动阅读）
李旭博士，清华大学生物学学士，南加州大学药学博士，现任西湖大学功能蛋白质组学与复杂疾病实验室负责人。实验室结合功能蛋白质组学、计算生物学及分子药理学方法，研究和认识蛋白质信号网络如何影响人类的生命活动。通过系统研究蛋白质信号网络及其在复杂疾病中的动态调节与重编程，揭示复杂疾病发生发展的机理，为肿瘤、神经退行性疾病及感染性疾病开发基于全新药物药理的靶向药物。
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参考文献（上下滑动阅读）
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本文完