Cell Reports│屈祎课题组揭示Wnt信号通路中β-catenin的NEDD8修饰和降解新机制

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关键词：新机制揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-04-17

Wnt信号通路中β-catenin是结肠癌关键驱动因子，靶向β-catenin是结肠癌治疗药物研究的热点和难点。上海中医药大学交叉科学研究院中药化学生物学研究中心屈祎课题组长期致力于β-catenin的靶向调控研究，继2022年2月份在Cell Reports报道β-catenin的新型蛋白互作及其靶向中药活性小分子LDA （Yan R, et al, Cell Reports 2022），最近又利用特异性小分子抑制剂，揭示了β-catenin降解新机制，并鉴定了β-catenin类泛素NEDD8修饰及其E3修饰酶β-TrCP2。基于相关结果的研究论文 Neddylation is essential for β-catenin degradation in Wnt signaling pathway 于2022年3月22日在Cell Reports发表（2019级研究生王伯军、王甜甜和朱慧敏为共同第一作者，柯细松、郝丕良和屈祎为共同通讯作者）。

经典Wnt信号通路（又称Wnt/β-catenin信号通路）在胚胎发育、组织稳态和肿瘤发生发展中至关重要，是教科书最有代表性的信号通路之一。作为Wnt信号转导的功能效应分子，β-catenin的修饰和降解是Wnt信号通路中关键事件。一般认为，β-catenin首先被Axin/GSK3/APC磷酸化，然后被E3酶β-TrCP1泛素化，最后被蛋白酶体降解。在结肠癌中，APC高频（81%）突变而失活，导致β-catenin异常聚集进而激活Wnt信号通路和结肠癌发生发展。因此，靶向β-catenin降解是结肠癌治疗药物研究领域的重要方向。

值得注意的是，尽管β-catenin的泛素依赖性降解被建立了超过20年，但大多基于外源泛素过表达实验，鲜有功能缺失泛素系统的实验证据，因为泛素系统缺失导致细胞致死。作者利用泛素修饰E1酶UAE1的特异性小分子抑制剂TAK-243，意外发现泛素抑制并不改变内源β-catenin的降解，进一步敲除β-TrCP1也不改变内源β-catenin的降解。在此基础上，作者鉴定了β-catenin的新型类泛素NEDD8修饰，并证实NEDD8修饰抑制剂MLN4924显著且快速阻断了β-catenin尤其是磷酸化β-catenin （PBC）的降解。

本研究另一个主要发现是厘清了β-catenin的泛素/类泛素E3酶 。早在1998年就有报道果蝇的Slimb蛋白介导β-catenin的泛素修饰（J Jiang and G Struhl, Nature.1998），Slimb在哺乳动物中有2个同源蛋白β-TrCP1和β-TrCP2，但大多数研究者在敲低β-TrCP时并没有区分这两个同源蛋白，使用的siRNA同时靶向这2个E3酶。本研究首先利用蛋白质谱鉴定了β-catenin与β-TrCP1和β-TrCP2都有互作，进一步利用序列特异性siRNA发现，尽管2个E3酶都能与β-catenin结合，只有β-TrCP2与β-catenin的NEDD8修饰和降解有关，且β-TrCP1和β-TrCP2在修饰β-catenin时各司其职：分别介导β-catenin的泛素和NEDD8修饰 （图1） 。这个工作不仅修正了公认的β-TrCP1泛素修饰依赖β-catenin降解模型，并且鉴定了β-catenin降解相关的NEDD8修饰及其E3酶，为基于β-catenin降解的结肠癌靶向药物研究提供了新靶点。由于该工作挑战了经典Wnt信号通路模型，被审稿人认为是“这个领域具有挑衅性的有趣发现（a provocative set of findings that will be of interest to the field）。”

图1. β-catenin的翻译后修饰调控示意图。（A）在经典模型中，主要由泛素修饰介导β-catenin的降解（Nusse R and Clevers H, Cell. 2017）；（B）本研究建立的修正模型中，NEDD8修饰不仅介导β-catenin的蛋白降解，还调控β-catenin与转录因子TCF4的蛋白互作（Wang B, et al, Cell Reports, 2022）。

制版人：十一

原文链接

1. Wang B, et al. Neddylation is Essential for β-catenin Degradation in Wnt Signaling Pathway. Cell Reports. 2022; 38:110538.

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110538

2. Yan et al., Liquidambaric acid inhibits Wnt/b-catenin signaling and colon cancer via targeting TNF receptor-associated factor 2, Cell Reports (2022), 38:110319

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110319

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