將來(lái)自?xún)?nèi)質(zhì)網(wǎng)的新合成蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入到COPII囊泡中是蛋白質(zhì)分泌的必要條件,。在細(xì)胞中,，COPII囊泡的直徑大約60-80納米，但其中一些必須增加它們的大小來(lái)適應(yīng)運(yùn)載較大的蛋白,，如300-400納米的膠原蛋白纖維或乳糜微粒,。COPII功能受損會(huì)導(dǎo)致膠原沉著缺陷導(dǎo)致CLSD（Cranio-Lenticulo-Sutural Dysplasia）或乳糜微粒駐留病(Chylomicron retention disease)。然而知道現(xiàn)在科學(xué)家們對(duì)于COPII涂層增大的機(jī)制還并不清楚,。在這篇文章中,，研究人員發(fā)現(xiàn)了“泛素連接酶”CUL3-KLHL12是COPII涂層形成過(guò)程中的一個(gè)調(diào)控因子。CUL3-KLHL12催化COPII成分SEC31單泛素化,，促進(jìn)了大COPII涂層的形成,。所以，CUL3–KLHL12泛素化作用并非在小貨物（cargo）運(yùn)輸,，而是在膠原質(zhì)的輸送中發(fā)揮至關(guān)重要的作用,。研究人員由此推論單泛素化作用調(diào)控了COPII囊泡的大小和功能。
細(xì)胞外基質(zhì)為諸如integrin等膜受體提供細(xì)胞粘附支架和結(jié)合位點(diǎn),，這對(duì)于所有多細(xì)胞動(dòng)物的發(fā)育均至關(guān)重要,。當(dāng)integrins與細(xì)胞外基質(zhì)相結(jié)合時(shí)，會(huì)激發(fā)調(diào)控細(xì)胞形態(tài)和分裂的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),。然而在缺乏功能性基質(zhì)的情況下,，integrins會(huì)通過(guò)胞吞作用（endocytosis）與質(zhì)膜分離。在早期發(fā)育過(guò)程中,，integrins與細(xì)胞外基質(zhì)間適當(dāng)?shù)南嗷プ饔闷鹬鴺O為重要的作用,，就如同干細(xì)胞借助integrin依賴(lài)的信號(hào)途徑維持細(xì)胞分裂和生存一樣。
細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)建需要幾種重要的蛋白,，其中就包括它的主要成分膠原蛋白,。膠原蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后，依賴(lài)于COPII囊泡輸送至細(xì)胞外,，編碼COPII蛋白的基因變異會(huì)導(dǎo)致膠原沉著缺陷,、骨骼畸形和諸如CLSD等發(fā)育性疾病。
COPII囊泡包裹著一層由SAR1 GTPase,， SEC23–SEC24接頭蛋白（adaptor）組成的涂層,，SEC13–SEC31四聚體組成最外層,。這些涂層蛋白組裝成直徑約為60-80納米的十四面體結(jié)構(gòu)，但這對(duì)于需容納的長(zhǎng)度為300-400納米的前膠原纖維而言無(wú)疑太小樂(lè),。因此細(xì)胞內(nèi)的膠原輸送必須有體外自組裝反應(yīng)缺少的因子參與,。實(shí)際上，TANGO1 (MIA3)和它的配體cTAGE5是通過(guò)與膠原和SEC23–SEC24相互作用,，將招募膠原到新生的COPII涂層的,。在小鼠中敲除Tango1會(huì)導(dǎo)致與COPII18缺失相似的膠原沉著缺陷，人類(lèi)TANGO1突變與早發(fā)性心肌梗死相關(guān),。然而科學(xué)家們并不了解TANGO1調(diào)控COPII涂層大小和使COPII涂層適應(yīng)大貨物的機(jī)制,。
在這篇文章中，研究人員通過(guò)分析小鼠胚胎干(ES)細(xì)胞的細(xì)胞分裂,，證實(shí)了CUL3–KLHL12是COPII涂層形成的調(diào)控因子,。CUL3–KLHL12單泛素化SEC31，促進(jìn)了大COPII涂層的形成,。因此,，CUL3–KLHL12泛素化是膠原輸送的必要條件，對(duì)integrin依賴(lài)的小鼠ES細(xì)胞分裂起關(guān)鍵性的作用,。研究人員由此得出結(jié)論單泛素化作用調(diào)控了COPII囊泡的大小和功能,。
在這篇文章中，研究人員證實(shí)了CUL3–KLHL12是膠原輸送的關(guān)鍵調(diào)控因子,，對(duì)小鼠ES細(xì)胞分裂起關(guān)鍵性作用,。敲除小鼠的Cul3會(huì)引起錯(cuò)亂的組織生成導(dǎo)致早期胚胎致死。此外,，KLHL12已被確定為是結(jié)締組織疾病Sjogren綜合征的一種自身抗原,，表明CUL3–KLHL12功能異常可能與疾病相關(guān),。
CUL3–KLHL12單泛素化SEC31,，促進(jìn)了可容納不同尋常形態(tài)貨物的大COPII涂層形成。因此,，CUL3是前膠原纖維分泌的必要條件,，而非fibronectin， EGF receptor 或 integrin β1小分子輸送所必需,。因此,，CUL3–KLHL12看起來(lái)主要作用是參與COPII以來(lái)的大貨物運(yùn)輸。
泛素化如何影響COPII涂層大小或結(jié)構(gòu)還并不清楚,。SEC31第65位點(diǎn)賴(lài)氨酸殘基并非CUL3–KLHL12所必需,，表明CUL3可以靶向其他的賴(lài)氨酸殘基如果原位點(diǎn)被阻斷,。因此,，如果SEC31泛素化作用發(fā)揮了結(jié)構(gòu)功能,，那么就只有少量的泛素化的分子滿(mǎn)足生成大的COPII涂層，因此這些囊泡必須能夠接受相當(dāng)大的修飾位點(diǎn)變化,。此外,，由于通常與單泛素化的蛋白質(zhì)一起，修飾的SEC31可能招募了延遲COPII芽殖的效應(yīng)器或是促進(jìn)了涂層聚合作用,。由于CUL3–KLHL12泛素化其他蛋白,，SEC31也許并不是分泌信號(hào)通路的唯一底物。鑒別全套CUL3–KLHL12底物和潛在的效應(yīng)器分子應(yīng)該可以揭示泛素依賴(lài)的囊泡大小的調(diào)節(jié)機(jī)制,。
這項(xiàng)工作提供了關(guān)于蛋白輸送中的一個(gè)關(guān)鍵事件的新數(shù)據(jù),，而蛋白輸送則是有可能為治療方法所利用的一個(gè)細(xì)胞功能。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nature10822
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PMID:
Ubiquitin-dependent regulation of COPII coat size and function
Lingyan Jin, Kanika Bajaj Pahuja, Katherine E. Wickliffe, Amita Gorur, Christine Baumgärtel, Randy Schekman & Michael Rape
Packaging of proteins from the endoplasmic reticulum into COPII vesicles is essential for secretion. In cells, most COPII vesicles are approximately 60–80 nm in diameter, yet some must increase their size to accommodate 300–400 nm procollagen fibres or chylomicrons. Impaired COPII function results in collagen deposition defects, cranio-lenticulo-sutural dysplasia, or chylomicron retention disease, but mechanisms to enlarge COPII coats have remained elusive. Here, we identified the ubiquitin ligase CUL3–KLHL12 as a regulator of COPII coat formation. CUL3–KLHL12 catalyses the monoubiquitylation of the COPII-component SEC31 and drives the assembly of large COPII coats. As a result, ubiquitylation by CUL3–KLHL12 is essential for collagen export, yet less important for the transport of small cargo. We conclude that monoubiquitylation controls the size and function of a vesicle coat.
