Sci Adv丨李旭团队揭示Notch通路信号整合传递及转录复合物活性调节新因子

Notch信号通路进化上高度保守，在细胞命运决定，组织再生过程中具有关键作用。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、实体瘤及遗传病等。目前，有十余种针对Notch信号通路的靶向药物在多种癌症治疗中进入临床试验阶段，但针对携带Notch激活突变的癌症均收效甚微。临床上缺乏特异性靶向活化Notch （NICD） 及其下游转录复合物的药物，这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 【1-3】 ，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。目前已有研究报道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 【4-5】 。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？

2022年9月21日，西湖大学生命科学学院李旭团队在Science Advances杂志上发表题为 FBXO42 facilitates Notch signaling activation and global chromatin relaxation by promoting K63-linked polyubiquitination of RBPJ 的研究论文，揭开了长久以来关于Notch通路转录复合物活性调节的神秘面纱。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。 此项研究揭开了长久以来关于Notch通路信号整合传递及转录复合物活性调节的神秘面纱，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 【6】 ，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。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。研究人员构建了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上K175的K63链型泛素化修饰，促进RBPJ依赖的Notch信号通路的活化。

那么，RBPJ作为Notch通路关键的DNA结合蛋白，其泛素化修饰是如何影响其DNA结合能力及转录活性转变的呢？为了回答这一问题，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，染色质结合能力及RBPJ转录调节区域的染色质开放性降低，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。

由于Notch通路异常激活与T-ALL的发生发展密切相关。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。

综上所述，研究者利用蛋白质组学及表观遗传学研究发现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。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，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。

西湖大学生命科学学院博士生江华，卞维祥，岁月为本文的共同第一作者。李旭研究员为通讯作者。西湖大学李欢乐，赵涵参与了本研究的部分工作。加州大学Irvine分校Wenqi Wang教授参与发现了FBXO42与RBPJ的互作，并为本研究提供了帮助。

原文链接

http://doi.org/10.1126/sciadv.abq4831

制版人：十一

参考文献

1. Nam Y, Sliz P, Pear WS, Aster JC, Blacklow SC. Cooperative assembly of higher-order Notch complexes functions as a switch to induce transcription. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007;104(7):2103-2108.

2. Oswald F, Rodriguez P, Giaimo BD, et al. A phospho-dependent mechanism involving NCoR and KMT2D controls a permissive chromatin state at Notch target genes. Nucleic Acids Res. 2016;44(10):4703-4720.

3. Liefke R, Oswald F, Alvarado C, et al. Histone demethylase KDM5A is an integral part of the core Notch-RBP-J repressor complex. Genes Dev. 2010;24(6):590-601

4. Wu N, Nguyen Q, Wan Y, et al. The Hippo signaling functions through the Notch signaling to regulate intrahepatic bile duct development in mammals. Lab Invest. 2017;97(7):843-853.

5. Dotto GP. Crosstalk of Notch with p53 and p63 in cancer growth control. Nat Rev Cancer. 2009;9(8):587-595.

6. Bian W, Tang M, Jiang H, et al. Low-density-lipoprotein-receptor-related protein 1 mediates Notch pathway activation. Dev Cell. 2021;56(20):2902-2919.e8.

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