SKP1

研究背景由与E3泛素连接酶配体连接蛋白质靶向配体形成的蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）的靶向蛋白质降解已成为一种通过蛋白酶体介导的降解致病蛋白质的强大治疗方式。虽然有超过600个E3连接酶，但是大多数PROTAC只利用了Cullin-RING E3泛素连接酶的底物受体——cereblon和VHL。近年来，还发现了许多其他针对其他E3连接酶的募集蛋白，包括cIAP、MDM2、DCAF16、DCAF11、RNF114、RNF4、FEM1B、KEAP1和DCAF1。并不是所有的E3连接酶都对癌细胞活力至关重要，因此，癌细胞中可能会出现耐药机制，从而损害E3连接酶募集并使PROTAC无效。开发针对泛素-蛋白酶体机制核心成分的募集剂，例如针对对细胞活力至关重要的CUL1-CUL7 E3连接酶中的Cullin-RING E3连接酶复合接头蛋白（如DDB1、SKP1 或ELOB/ELOC）的募集剂，可以避免PROTAC可能产生的潜在未来耐药机制。加州大学伯克利分校Nomura课题组研究了CUL1-RING E3连接酶接头蛋白SKP1是否可以被募集用于PROTAC介导的新底物降解。研究内容该课题组在基于凝胶的基于活性的蛋白质分析（ABPP）中筛选了1284个半胱氨酸反应性共价配体，筛选了针对人SKP1-FBXO7-CUL1-RBX1复合物（图1）。该筛选产生的性能最良好的化合物是EN884（图2）。EN884显示了SKP1-FBXO7-CUL1-RBX1复合物中人SKP1蛋白的半胱氨酸反应性探针的剂量反应置换（图3）。   图1.半胱氨酸反应性共价配体库筛选结果（针对SKP1-FBXO7-CUL1-RBX1复合物）图2.EN884结构图3.EN884与半胱氨酸探针反应该课题组对与 EN884 一起孵育的SKP1-FBXO7-CUL1-RBX1复合物进行了串联质谱（MS/MS）分析，以确定修饰位点（图4），发现了一个被修饰的位点——SKP1上的C160（图5），该位点由于特定的F-Box结构域，表现出独特的构象。因此，该课题组假设EN884可能会利用SKP1和CUL1底物受体之间的集体界面并结合。图4.串联质谱分析图5.结合位点位置 接下来，该课题组合成了两个基于EN884的炔烃功能化探针SJH1-37-m、SJH1-37-p（图6）。基于凝胶的ABPP评估这些探针与SKP1复合物的结合，与对位相比，间位结合能力更佳（图7）。    图6.探针结构图7.探针结合能力值得注意的是，由于C160位置特殊，EN884和SJH1-37m不与单体SKP1结合（图8）。这表明，CUL1复合物的其余部分，或至少是底物受体，是配体与SKP1结合所必需的。图8.探针与单体SKP1结合       该课题组进一步证明，SJH1-37m通过SKP1的下拉在细胞中结合SKP1，而不是不相关的蛋白质，如GAPDH（图9）。   图9.SJH1-37m探针的SKP1下拉接下来，该课题组进行了基于质谱的ABPP，以使用先前建立的同位素脱硫生物素-ABPP（isoDTB-ABPP）鉴定HEK293T细胞中EN884参与SKP1的半胱氨酸。该课题组发现EN884在SKP1上与C160有7%的最小参与（图10）。这种最小参与与已应用在PROTAC（包括DCAF16、DCAF11和RNF114）中的其他共价E3连接酶募集剂观察到的最小参与一致。图10.HEK293T细胞中EN884的isoDTB-ABPP分析为了证明共价SKP1配体可用于PROTAC应用，该课题组合成了四种不同的PROTAC，通过C2、C4、C5或PEG3连接子将EN884的衍生物与BET家族抑制剂JQ1连接起来，分别生成SJH1-51A、SJH1-51B、SJH1-51C和SJH1-51D（图11）。所有四种PROTAC都降解了HEK293T细胞中BRD4的短亚型（图12），其中使用C4烷基接头的SJH1-51B观察到的降解最强。   图11.四种PROTAC结构图12.四种PROTAC降解效果并且，基于串联质量标记（TMT）的MDA-MB-231细胞中SJH1-51B的定量蛋白质组学分析显示BRD4中等选择性降解，其中16种蛋白质的水平显着降低>50%（图13）。   图13.SJH1-51B的定量蛋白质组学与蛋白酶体介导的降解一致，SJH1-51B介导的BRD4降解通过用蛋白酶体抑制剂硼替佐米预处理而减弱（图14）。它还显示出对活性Cullin RING E3连接酶所需的NEDD化的依赖性，NEDD化抑制剂MLN4924可减弱BRD4的降解（图15）。最重要的是，该课题组证明SKP1敲低完全减弱了SJH1-51B在HEK293T细胞中对BRD4的降解（图16）。图14.硼替佐米预处理结果图15.MLN4924预处理结果图16.SKP1敲低细胞结果BRD4是一种相对容易被PROTAC降解的蛋白质。因此，该课题组接下来测试了共价SKP1募集剂是否可用于降解另一种新底物蛋白——雄激素受体（AR）。该课题组合成了4种AR PROTAC，将共价SKP1募集剂与来自ARV-110的Arvinas AR PROTAC靶向配体连接起来，没有连接子或C4、C6或C7烷基连接子，分别产生SJH1-63、SJH1-62C、SJH1-62D和SJH1-62B（图17）。该课题组观察到所有4种PROTAC的AR降解，其中带有C7烷基接头的SJH1-62B在LNCaP前列腺癌细胞中显示出最有效和最强大的AR降解（图17）。 图17.四种AR PROTAC结构与降解效果该课题组进一步证明，SJH1-62B介导的AR降解在蛋白酶体抑制剂预处理后减弱（图18）。定量蛋白质组学分析还表明，AR与其他11种蛋白质的选择性降解在5000多种定量蛋白质中也显著降低（图19）。图18.SJH1-62B的硼替佐米预处理结果图19.SJH1-62B的定量蛋白质组学研究总结 该课题组发现了一种SKP1募集物，它共价靶向位于SKP1和CUL1 F-box底物受体界面的SKP1的固有无序C160。这一观察结果为发现仅在含有IDR的蛋白质与其相互作用的蛋白质形成复合物时出现的可连接位点提供了概念证明。他们进一步证明，这种共价SKP1配体可用于PROTAC应用，以降解细胞中的新底物，如BRD4和AR。鉴于SKP1的重要性，SKP1的共价募集可能潜在地克服在癌症治疗中利用非本质E3连接酶的PROTAC的耐药性机制。虽然该课题组证明了在PROTAC中使用Cullin RING E3连接酶衔接蛋白的概念，但SKP1配体仍处于早期阶段，需要进行重大的药物化学优化，以提高效力、选择性和类药物特性。   该课题组的研究结果还强调了使用共价化学蛋白质组学方法来识别泛素-蛋白酶体系统中蛋白质的补充物的实用性，该系统可用于靶向蛋白质降解应用。作者：潘相奕校审：周金明编辑：郑一榕时间：2024年3月29日参考文献Exploiting the Cullin E3 Ligase Adaptor Protein SKP1 for Targeted Protein Degradation ACS Chemical Biology 2024 19 (2), 442-450. DOI: 10.1021/acschembio.3c00642    声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

前言AIDD Pro 根据国内外各大网站以及人工智能药物设计主流新闻网站及公众号，从 AIDD会议、AIDD招聘，重大科研进展、行业动态、最新报告发布等角度，分析挖掘了每周人工智能辅助药物设计领域所发生的、对领域技术发展产生重大推动作用的事件，旨在帮助 AIDD领域研究人员和业内人士及时追踪最新科研动态、洞察前沿热点。如果您觉得符合以上要求的内容我们有遗漏或者更好建议，欢迎后台留言。科研进展2024年2月2日【靶向蛋白降解】ACS Chem. Biol. | 利用Cullin E3连接酶接头蛋白SKP1进行靶向蛋白降解2024年2月2日【SARS-CoV-2】ACS Appl. Bio Mater. | 羟基磷灰石-金修饰的丝网印刷碳电极用于选择性SARS-CoV-2抗体免疫传感器2024年2月1日【分子动力学模拟】J. Chem. Inf. Model. | 基于异构多核架构的大规模分子动力学模拟2024年2月1日【FDA药物】J. Chem. Inf. Model. | 从生物和化学数据洞察药物心脏毒性：FDA药物诱导心脏毒性等级的第一个公开分类器2024年1月31日【药物设计】J. Chem. Inf. Model. | 基于结构的溶质载体药物设计中的计算化学：最新进展和未来展望2024年1月31日【靶蛋白相互作用】J. Med. Chem. | 通过微管蛋白秋水仙碱位点优化的靶蛋白相互作用策略PM534具体信息，请滑动下方文字1.【靶向蛋白降解】靶向蛋白降解与蛋白水解靶向嵌合体(PROTACs)是通过靶向泛素化和蛋白酶体介导的降解来消除致病蛋白的一种强大的治疗方式。大多数PROTACs利用Cullin-RING E3泛素连接酶的底物受体，如小脑和VHL。Cullin-RING E3泛素连接酶复合物的核心组分、共享组分和基本组分是否可用于PROTAC应用尚不清楚。在这里，我们发现了一个半胱氨酸反应性共价招募者EN884，其靶向SKP1- cul1 - f -box中含有SCF复合物的SKP1适配蛋白。我们进一步表明，该招募物可用于PROTAC应用，以SKP1和蛋白酶体依赖的方式降解新底物蛋白，如BRD4和雄激素受体。我们的研究表明，Cullin-RING E3泛素连接酶复合物中的核心和必需的适配器蛋白可以用于靶向蛋白质降解应用，共价化学蛋白质组学策略可以针对这些靶标发现。链接网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.3c00642DOI：https://doi.org/10.1021/acschembio.3c006422.【SARS-CoV-2】严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)或冠状病毒病2019 (COVID-19)仍在全球传播;因此，需要快速和准确的检测方法，以保持这种传染病的传播。电化学免疫传感器是快速检测SARS-CoV-2病毒的另一种方法。在此，我们报告了一种丝网印刷碳电极免疫传感器的开发，该传感器使用羟基磷灰石-金纳米复合材料(SPCE/HA-Au)直接喷涂固定受体结合域(RBD)钉，以增加电导率和表面电极面积。采用Box-Behnken法对HA-Au复合材料的合成进行了优化，并通过紫外-可见分光光度法、TEM-EDX和XRD分析对合成的HA-Au复合材料进行了表征。在[Fe(CN)6]4 - /3 -溶液氧化还原体系中，采用差分脉冲伏安法和电化学阻抗谱法研究了RBD Spike与免疫球蛋白G (IgG)抗体的特异性相互作用。IgG的检出限为0.0561 pg mL-1，免疫传感器的选择性和稳定性为103-122%，受储存条件的影响，稳定至第7周。此外，使用人血清的真实样品对免疫传感器进行了测试，其中使用化学发光微粒免疫测定(CMIA)方法证实了结果，并显示出令人满意的结果。因此，所研制的电化学免疫传感器能够快速准确地检测出SARS-CoV-2抗体。链接网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.3c00953DOI：https://doi.org/10.1021/acsabm.3c009533.【分子动力学模拟】随着分子动力学(MD)模拟应用的不断发展，对加速大规模模拟系统和处理大量模拟任务的需求正在稳步增加。提出了一种基于双威异构多核处理器的大规模MD仿真并行加速方法。该方法集任务调度、仿真计算和数据存储于一体，有效地解决了大规模仿真和大量仿真任务的相关问题。任务调度策略可以灵活处理各种规模的任务，实现多个任务并行执行。在仿真计算中，我们将GROMACS移植到Sunway架构中，并通过异构处理器加速了短程力的计算。我们的方法在执行单个模拟任务时实现了大约10倍的加速和90%的可扩展性。在处理大量仿真任务时，我们的方法实现了所有任务的并行执行，具有90%的可扩展性。利用我们的方法，我们在5小时内对3000多种不同的concontoxin结构分别进行了50 ns的模拟。此外，我们评估了200多种蛋白质配体复合物，模拟效率明显超过中小型GPU集群。链接网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jcim.3c01254DOI：https://doi.org/10.1021/acs.jcim.3c012544.【FDA药物】药物引起的心脏毒性(DICT)是药物开发中的一个主要问题，占上市后停药的10-14%。在这项研究中，我们利用美国FDA最近发布的DICTrank数据集，探索了化学和生物数据预测心脏毒性的能力。我们发现，这些数据，包括蛋白质靶点，特别是与离子通道(如hERG)、物理化学性质(如电拓扑状态)和血浆峰浓度相关的数据，对DICT具有很强的预测能力。具有环加氧酶抑制等作用机制的化合物可以区分最受关注和不受关注的DICT。内质网应激的细胞绘画特征从无毒化合物中识别出最受关注的心脏毒性。基于物理化学性质的模型提供了相当高的预测准确性(AUCPR = 0.93)。随着未来组学数据的可用性，使用生物学数据有望提高可预测性和更深入的机制洞察，为更安全的药物开发铺平道路。本研究的所有模型均可在https://broad.io/DICTrank_Predictor上获得。链接网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jcim.3c01834DOI：https://doi.org/10.1021/acs.jcim.3c018345.【药物设计】溶质载体转运蛋白(SLCs)是一类重要的跨膜蛋白，参与将各种溶质离子和小分子运输到细胞内。人体内大约有450种SLCs，其中超过四分之一的SLCs正在成为多种复杂疾病(如抑郁症、癌症和糖尿病)的有吸引力的治疗靶点。然而，只有44种独特的转运蛋白(约9.8%的SLC超家族)具有3D结构和特定的结合位点。为了设计针对不同SLCs的创新和有效的药物，需要克服许多障碍。然而，计算化学，包括基于物理的分子建模和基于机器学习和深度学习的人工智能(AI)，为经典的药物发现方法提供了一种替代和补充的方法。在这里，我们从三个主要方面全面概述了基于结构的SLCs药物设计计算技术的最新进展和存在的挑战:(i)表征蛋白质在运输功能过程中的多种构象，(ii)识别可药物位点，特别是底物和药物结合转运体上的隐变构位点，以及(iii)发现针对结合位点的各种小分子或合成蛋白质结合物。这项工作有望为深入理解SLC超家族的结构和功能提供指导，从而在包括人工智能在内的最先进的计算化学技术的帮助下，促进新型转运体调节剂的合理设计。链接网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jcim.3c01736DOI：https://doi.org/10.1021/acs.jcim.3c017366.【靶蛋白相互作用】靶向微管是抗肿瘤化疗中最有效的广谱药物策略，目前的研究重点是减少其主要缺点:神经毒性和耐药。PM534是通过对天然分子PM742的结构-活性-关系研究而得到的一种新型合成化合物，PM742是从石栖目海绵中分离出来的，Theonellidae, Discodermia属(du Bocage 1869)。PM534靶向小管蛋白的整个秋水仙碱结合域，覆盖药效团模型的5个中心中的4个。其纳米摩尔亲和力和高保留时间调节了惊人的高抗肿瘤活性，有效地覆盖了细胞中的两种抗性机制(解毒泵和微管蛋白βIII同型过表达)。此外，PM534对人非小细胞肺癌小鼠异种移植模型的肿瘤生长具有显著的抑制作用。我们的研究结果显示，PM534是一种处于临床前评估阶段的高效新化合物，目前正在进行首次人体I期临床试验。链接网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.3c01775DOI：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c01775上下滚动查看更多药企动态2023年2月3日【GSK】GSK带状疱疹疫苗新适应症在华申报上市，2023年收入约43亿美元2023年2月2日【创响生物】创响生物获得和黄医药2款自免新药权益2023年2月2日【艾伯维】艾伯维2023年财报：修美乐144亿美元，自免新产品增长强劲2023年2月1日【百吉生物】针对肝癌！百吉生物TIL疗法获FDA快速通道资格2023年2月1日【君实生物】君实生物特瑞普利单抗上市许可申请获新加坡卫生科学局受理2023年1月31日【Teva】仿制药巨头Teva将出售原料药业务2023年1月31日【柯君医药】柯君医药宣布完成亿元B轮融资，加快推进全球临床开发各动态具体信息，请滑动下方文字1.【GSK】2月3日，CDE网站显示，GSK重组带状疱疹疫苗Shingrix新适应症在华申报上市。Shingrix是继Zostavax之后FDA批准的第2款带状疱疹疫苗。该款疫苗最早于2017年10月获FDA批准上市，用于50岁及以上成人带状疱疹的预防；2021年7月，新适应症获FDA批准，用于预防18岁及以上因已知疾病或治疗引起的免疫缺陷或免疫抑制而患带状疱疹风险增加的人群。链接网址请戳我2.【创响生物】2月2日，和黄医药宣布创响生物根据2021年1月11日所宣布的战略合作条款，已行使与和黄医药发现的两款候选药物IMG-007和IMG-004授权许可相关的选择权。行使选择权并于和黄医药收到创响生物约7.5%的普通股股份（完全稀释）后，创响生物将取得在全球进一步开发、生产和商业化上述两款候选药物的独家权益。链接网址请戳我3.【艾伯维】2月2日，艾伯维公布了2023年业绩，全年净收入543.18亿美元，较往年有所下滑（-6.4%）。研发投入为76.75亿美元，同比增长17.9%。艾伯维主要聚焦于5大疾病领域，包括免疫、肿瘤、神经科学、美容以及眼科。其中，免疫学是艾伯维当仁不让的核心业务，共计营收261.36亿美元（-9.6%），占据总收入半壁江山（+48.12%）；其次为神经科学领域，贡献了77.17亿美元收入（+18.2%），这也是艾伯维本年度唯一实现正增长的业务版块；肿瘤、美容、眼科则分别实现了59.15（-10.1%）、52.94（-0.8%）、24.15（-10.6%）亿美元营收。链接网址请戳我4.【百吉生物】2月1日，百吉生物宣布该公司创新TIL疗法BST02注射液被美国FDA授予快速通道资格，用于治疗所有类型的肝癌（包括肝细胞癌和胆管癌）。针对该适应症，BST02已于2023年10月在美国获批临床。链接网址请戳我5.【君实生物】2月1日，君实生物宣布，其自主研发的抗PD-1单抗药物特瑞普利单抗联合顺铂/吉西他滨作为转移性或复发性局部晚期鼻咽癌成人患者的一线治疗，以及作为单药治疗既往含铂治疗过程中或治疗后疾病进展的复发性、不可切除或转移性鼻咽癌的成人患者的2项适应症上市许可申请已于近日获得新加坡卫生科学局（HSA）受理。链接网址请戳我6.【Teva】1月31日，Teva宣布，计划剥离其活性药物成分（API）业务，即TAPI部门。TAPI是全球小分子原料药行业的领导者，拥有约4300名员工。Teva表示，剥离TAPI主要是为了提高当前和未来的业绩收入，重新分配资源以促进增长和创新，更好为患者服务。同时，剥离后的原料药公司也能最大限度地发挥其增长潜力，继续领跑价值850亿美元的全球原料药市场。链接网址请戳我7.【柯君医药】1月31日,创新型药物研发的柯君医药近日宣布顺利完成亿元B轮融资。此轮融资由泰珑投资旗下泰鲲基金领投，其他主要投资方包括骊宸投资、泰煜投资等，原有投资方宏海创健、汉康资本等也持续加持。链接网址请戳我上下滚动查看更多会议信息2024年2月28-29日 举办AntibodyChina 第七届抗体药物深度聚焦峰会2024年3月21-22日 上海恺默信息咨询有限公司举办SIT 2024第六届小分子药物创新与合作大会2024年3月21-22日 上海恺默信息咨询有限公司举办PDD 2024多肽药物产业发展大会2024年4月18-19日 举办第四届I-RNA小核酸药物深度聚焦峰会2024年6月27-28日 举办上海求实医药咨询有限公司ING 2024第七届免疫及基因治疗论坛各会议具体详情和参会方式，请滑动下方文字AntibodyChina 第七届抗体药物深度聚焦峰会会议时间：2024年2月28-29日会议地点：上海会议主旨：峰会议题跨越抗体药物研发的最前沿，追踪最新的临床进展，致力于打破行业的封闭循环，破除行业内卷，助推创新多元发展！一切尽在抗体药物的年度产业大会！链接网址请戳我SIT 2024第六届小分子药物创新与合作大会主办方： 上海恺默信息咨询有限公司会议时间：2024年3月21日-22日会议地点：上海会议主旨：峰会议题跨越小分子药物研发的热点领域，一览当下化学创新药研发新动向，致力于打破行业的封闭循环，破除行业内卷，助推创新多元发展！一切尽在小分子药物的年度产业大会！链接网址请戳我PDD 2024多肽药物产业发展大会主办方： 上海恺默信息咨询有限公司会议时间：2024年3月21日-22日会议地点：上海会议主旨：共谈多肽减重药物、多肽药物的法规与申报、开发案例与趋势、CMC 各个环节中的难点与挑战。力求为多肽企业致力于多肽药物研究的专家及科研人员提供一个深度的思想碰撞及经验分享平台。链接网址请戳我第四届I-RNA小核酸药物深度聚焦峰会会议时间：2024年4月18日-19日会议地点：苏州会议主旨：破解递送挑战与CMC难点，汇聚最新临床进展与热门研发方向；构建小核酸药物专属交流平台，打造产业闭环，推动国产小核酸药物产业化进程。链接网址请戳我ING 2024第七届免疫及基因治疗论坛主办方：上海求实医药咨询有限公司会议时间：2024年6月27日-28日会议地点：北京会议主旨：聚焦CGT领域开发的核心问题，破除技术壁垒，推动产业不断前进，开启生物医药产业下一个风口！链接网址请戳我上下滚动查看更多版权信息本文内容均由小编收集于公开的各个网络平台，发布的目的仅为了方便大家一站式了解AIDD行业信息，并未对发布源头进行真实性验证。如您发现相关信息有任何版权侵扰或者信息错误，请及时联系AIDD Pro（请添加微信号sixiali_fox59）进行删改处理。原创内容未经授权，禁止转载至其他平台。有问题可发邮件至sixiali@stonewise.cn关注我，更多资讯早知道↓↓↓

线粒体自噬(mitophagy)是重要的线粒体质量及数量调控机制, 与发育、癌症、衰老和神经退行性病变等生理病理状况高度相关。现已知两类哺乳动物mitophagy通路：由PINK1-Parkin介导的泛素依赖途径，以及由BNIP3, NIX和FUNDC1等介导的受体依赖途径。然而，人们对mitophagy调控机制及其生理病理意义仍有待探索。突出的表现是，缺失已知mitophagy通路的小鼠(如Pink1-/-、Parkin-/-、Bnip3-/-等)表型微弱，与普遍认知的mitophagy重要性有明显差距。2023年12月26日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院蒋辉实验室在Molecular Cell在线发表了题为"A mitophagy sensor PPTC7 controls BNIP3 and NIX degradation to regulate mitochondrial mass"的论文。该论文发现了一个感知并抑制mitophagy的因子PPTC7，阐明了PPTC7调控mitophagy的分子机制并揭示其对线粒体数量和代谢稳态的调控作用。作为监控mitophagy水平的关键因子，PPTC7感知mitophagy受体BNIP3和NIX的蛋白水平，进而起始BNIP3/NIX-PPTC7-SCFFBXL4完整复合物的组装，促进SCFFBXL4泛素化和降解BNIP3和NIX，从而抑制mitophagy。该通路对维持细胞线粒体数量、代谢平衡、和个体存活至关重要。01FBXL4介导的mitophagy调控与退行性疾病MTDPS13蒋辉实验室长期从事线粒体蛋白稳态调控机制研究，之前报道了一个线粒体外膜复合物UBXD8-VCP介导BNIP3降解，从而抑制mitophagy(链接：EMBO Reports | 蒋辉实验室揭示UBXD8调控凋亡和线粒体自噬的分子机制)。为进一步发掘mitophagy调控机制，研究生曹钰通过靶向线粒体的遗传筛选发现多个mitophagy抑制因子，其中包括FBXL4和PPTC7(链接：EMBO Journal | 蒋辉实验室揭示线粒体自噬调控及线粒体疾病新机制)。已知FBXL4突变导致致死性退行性疾病线粒体DNA耗竭综合征13(MTDPS13)1,2，但其机理未明。作者发现FBXL4定位于线粒体外膜，与Skp1和Cullin1组成SCFFBXL4 E3泛素连接酶。SCFFBXL4通过泛素化降解BNIP3和NIX来抑制mitophagy。而病人来源的FBXL4突变抑制SCFFBXL4组装，导致BNIP3和NIX蛋白积累和mitophagy过度激活。FBXL4突变患者表现出mtDNA耗竭、线粒体数量减少、酸中毒、神经和肌肉退行性病变等严重症状。与FBXL4突变病人类似，Fbxl4-/-小鼠表现出BNIP3和NIX蛋白积累、mitophagy失控、线粒体数量减少、代谢紊乱和围产期死亡等严重表型。更重要的是，在Fbxl4-/-小鼠中敲除Bnip3或Nix可以挽救线粒体数量、恢复代谢平衡并挽救小鼠寿命。这些结果表明过度mitophagy导致的线粒体数量减少是MTDPS13的致病原因并为治疗提供了思路。02PPTC7调控FBXL4介导的BNIP3和NIX降解鉴于BNIP3和NIX强大且危险的线粒体清除能力，细胞必须牢牢控制其水平，但细胞监控并调节BNIP3和NIX降解的分子机制仍不清楚。研究生孙雨秋研究另一个筛选发现的mitophagy抑制因子PPTC7。前人研究表明PPTC7是定位于线粒体基质的磷酸酶。但令人诧异的是，与敲除FBXL4类似，敲除PPTC7同样导致BNIP3和NIX的积累和过度mitophagy；Pptc7-/-小鼠表现出mitophagy失控、线粒体数量减少和围产期死亡的表型，且该表型可以被Nix敲除所挽救(图1)。此外，PPTC7过表达可促进内源BNIP3和NIX被FBXL4降解，而FBXL4过表达则没有效果，提示PPTC7作为上游限速因子调控FBXL4介导的BNIP3和NIX降解。但是，线粒体基质蛋白PPTC7如何调控线粒体外膜上的蛋白降解？图1PPTC7缺失过度激活BNIP3和NIX依赖的mitophagy，造成线粒体数量减少和小鼠死亡。A,Pptc7 -KO升高小鼠肝脏中mitophagy受体BNIP3和NIX的蛋白水平(红框)并导致其他线粒体蛋白减少(蓝框)。B,小鼠生存曲线。03PPTC7前体通过与BNIP3/NIX直接互作，滞留在线粒体外膜通常情况下，线粒体基质蛋白的前体形式(precursor)在N端定位序列(targeting sequence)的引导下进入线粒体，并在线粒体基质切除定位序列，完成成熟过程。作者发现在野生型细胞里，PPTC7以成熟形式(mature form,切除了定位序列)存在于线粒体基质，而在FBXL4-KO细胞里，PPTC7同时具有定位于线粒体基质的成熟形式和定位于线粒体外膜的前体形式。进一步分析表明，FBXL4-KO细胞中积累的BNIP3和NIX导致PPTC7前体出现在线粒体外膜;在野生型细胞中直接过表达BNIP3或NIX也可诱导PPTC7前体出现在线粒体外膜定位。通过体外重组蛋白实验，作者发现BNIP3和NIX与PPTC7直接互作，并使用交联质谱分析了NIX-PPTC7的互作区域。在截去NIX与PPTC7的直接互作区域后，NIX无法诱导PPTC7前体的外膜定位，表明BNIP3和NIX通过与PPTC7的直接互作，将PPTC7前体定位于线粒体外膜。04弱化的PPTC7定位序列帮助PPTC7在线粒体外膜滞留有意思的是，作者发现与经典线粒体基质定位序列相比，PPTC7的定位序列长度短且引导能力差，推测该特征削弱了PPTC7前体进入线粒体基质的能力，有利于PPTC7前体被外膜BNIP3/NIX滞留。因此，研究者将PPTC7的定位序列替换成经典序列，发现它使PPTC7全部进入线粒体基质，无法被滞留在外膜，失去调节BNIP3和NIX降解的能力。05外膜PPTC7起始组装BNIP3/NIX-PPTC7-SCFFBXL4复合物那么外膜PPTC7如何促进SCFFBXL4介导的BNIP3和NIX降解呢？作者发现除与BNIP3/NIX直接互作之外，PPTC7还与SCFFBXL4复合物中的Cullin1直接互作。作者表达纯化了NIX，PPTC7，FBXL4,Cullin1-Rbx1和Skp1的重组蛋白，发现只有在所有蛋白都存在的情况下，这些蛋白才能组装成完整的NIX-PPTC7-SCFFBXL4复合物，缺少NIX，PPTC7，FBXL4任何一个组分都导致复合物散架。以上结果提供了一个mitophagy的负反馈调控模型:积累在线粒体外膜的mitophagy受体BNIP3和NIX与PPTC7前体直接互作，将其滞留在外膜，起始BNIP3/NIX-PPTC7-SCFFBXL4复合物的组装，从而泛素化和降解BNIP3和NIX，防止mitophagy过度激活(图2)。06禁食情况下，肝脏诱导PPTC7来抑制mitophagy和维持代谢稳态一个重要的问题是在负反馈调控mitophagy之外，PPTC7是否还会响应生理信号？鉴于PPTC7过表达能促进BNIP3和NIX降解，作者重点研究了生理信号对PPTC7表达的调节，发现禁食不改变骨骼肌PPTC7的表达，但在肝脏强烈诱导PPTC7。与之相对应，禁食强烈诱导骨骼肌mitophagy，但不改变肝脏mitophagy水平，作者推测肝脏mitophagy受到PPTC7上调的压制。因此，作者在小鼠肝脏敲除PPTC7，发现禁食导致缺失PPTC7的肝脏丢失大量线粒体。禁食情况下，肝脏负有重要使命-通过糖异生(gluconeogenesis)维持血糖水平。而糖异生需要线粒体提供两个重要支持：ATP和丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)。作者发现，敲除肝脏PPTC7导致禁食状态下肝脏ATP缺乏，糖异生受阻，造成严重的低血糖。因此，禁食情况下，肝脏特异上调PPTC7以压制mitophagy，从而维持线粒体数量和代谢稳态(图2)。图2 PPTC7调控mitophagy的工作模型。1. mitophagy的负反馈稳态调控。正常情况下，PPTC7表达后进入线粒体基质行使正常功能。当mitophagy受体BNIP3和NIX积累时，BNIP3/NIX将PPTC7前体滞留于外膜，起始BNIP3/NIX-PPTC7-SCFFBXL4复合物组装，从而降解BNIP3和NIX，防止mitophagy过度激活和线粒体丢失。2. 在禁食情况下，肝脏上调PPTC7以压制mitophagy，从而维持肝脏能量供应和糖异生通路活力，维持血糖水平。综上，该工作报道了一个感知和抑制mitophagy的PPTC7-SCFFBXL4通路。PPTC7作为关键调控因子，能够整合稳态维持和生理信号来调控mitophagy水平，以此维持线粒体数量和细胞代谢稳态。该通路的发现显著增进了我们对mitophagy与线粒体数量控制(mitochondrial mass control)的理解。禁食情况下，肝脏和骨骼肌对mitophagy的差异化调节及其功能研究也丰富了我们对生理情况下组织特异性mitophagy调控的认知。清华大学生物医学交叉研究院博士生孙雨秋为论文第一作者，蒋辉博士为通讯作者。该论文其他作者包括蒋辉课题组的曹钰和万华云，董梦秋实验室的阿达莱提买买提明和董梦秋博士，代谢组学中心的马燕博士和曹杨，蛋白质组中心的陈涉博士和李琳，遗传筛选中心的李祺博士和吴重阳，刘清华实验室的王濛。该研究由科技部、北京市政府和清华大学共同资助，在北京生命科学研究所完成。论文链接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(23)01014-6本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！