2009年9月24日,，北京生命科學(xué)研究所邵峰博士實(shí)驗(yàn)室在分子細(xì)胞（Molecular Cell）雜志上發(fā)表題為“Cullin Mediates Degradation of RhoA through Evolutionarily Conserved BTB Adaptors to Control Actin Cytoskeleton Structure and Cell Movement”的文章,。該文章報(bào)道了一個(gè)特異性調(diào)節(jié)小G蛋白R(shí)hoA降解和細(xì)胞骨架及運(yùn)動(dòng)能力的新的泛素連接酶復(fù)合物,。
泛素化修飾介導(dǎo)的蛋白酶體降解途徑是真核生物中非常重要的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠維持真核細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)水平的平衡,，同時(shí)參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程,，細(xì)胞的增值和分化,，以及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)等多種細(xì)胞生理過(guò)程,。在蛋白質(zhì)泛素化修飾過(guò)程中,，泛素連接酶負(fù)責(zé)特異性識(shí)別和招募底物蛋白分子。Cullin家族蛋白是一類介導(dǎo)泛素連接酶復(fù)合物組裝的連接分子。作為Cullin家族成員之一,，Cul3與具有BTB結(jié)構(gòu)域的銜接蛋白組成泛素連接酶復(fù)合物,，并結(jié)合特異性的底物,，介導(dǎo)底物的泛素化。人類基因組編碼近200個(gè)含有BTB結(jié)構(gòu)域的蛋白,，暗示著Cul3在體內(nèi)具有廣泛的底物,，并可能發(fā)揮多種重要的作用,。事實(shí)上,，Cul3在擬南芥,、線蟲,、果蠅以及小鼠等模式生物中的缺失或突變都將導(dǎo)致胚胎致死的表型,，說(shuō)明Cul3在真核生物中可能具有一種非常重要并且在進(jìn)化上很保守的功能,，并且這種功能應(yīng)與其泛素連接酶活性相關(guān),。但目前人們對(duì)Cul3底物及其降解機(jī)制卻知之甚少,。
在這篇文章中,，邵峰研究小組發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cul3的表達(dá)量在基因沉默的作用下減少時(shí),，培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞出現(xiàn)明顯的形態(tài)變化以及不正常的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架,，具體表現(xiàn)為細(xì)胞顯著變大和強(qiáng)烈的應(yīng)力纖維(stress fibers)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),，這些變化是由于泛素介導(dǎo)的小G蛋白R(shí)hoA的降解出現(xiàn)障礙從而導(dǎo)致RhoA非正常的過(guò)度激活而引起的,。在果蠅S2細(xì)胞中,，通過(guò)基因沉默對(duì)所有含有BTB結(jié)構(gòu)域蛋白篩選后，作者鑒定出一個(gè)全新的能夠和Cul3相互作用,，但功能未知的保守的BTB蛋白家族，并命名為BACURD,。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，BACURD的基因沉默也能導(dǎo)致和Cul3類似的細(xì)胞骨架表型和RhoA蛋白水平的積累。進(jìn)一步的生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)證明,，BACURD連接分子能和Cul3,，RhoA在細(xì)胞內(nèi)和體外都能形成三元復(fù)合物,，同時(shí),，體外重組的Cul3/BACURD復(fù)合物也對(duì)RhoA顯示出很強(qiáng)的泛素連接酶活性,。當(dāng)Cul3/BACURD復(fù)合物功能紊亂時(shí)，人源和來(lái)自小鼠的細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)遷移能力都會(huì)顯著下降,，這種下降正是由于細(xì)胞內(nèi)過(guò)高的RhoA蛋白水平引起的。在動(dòng)物水平,，BACURD的缺失或功能被抑制也會(huì)導(dǎo)致爪蟾胚胎早期發(fā)育特別是和細(xì)胞遷移密切相關(guān)的原腸期匯聚延伸(Convergent extension)的發(fā)育過(guò)程發(fā)生異常,，并且這種異常和RhoA水平不正常升高引起的表型是類似的,。這些證據(jù)有力地說(shuō)明,，Cul3泛素連接酶復(fù)合物具有一個(gè)從果蠅到人類都保守的功能,，即調(diào)節(jié)小G蛋白R(shí)hoA的降解以維持細(xì)胞內(nèi)合適的RhoA蛋白水平，這種調(diào)節(jié)在維持細(xì)胞形態(tài),，控制細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和早期胚胎發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用,。
這篇文章不僅鑒定了一類新的BTB結(jié)構(gòu)域蛋白（BACURD），從而揭示了Cul3介導(dǎo)的泛素連接酶復(fù)合物的一個(gè)重要調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架和運(yùn)動(dòng)的基本細(xì)胞生物學(xué)功能,，也對(duì)小G蛋白R(shí)hoA降解和其功能的調(diào)節(jié)有了全新的認(rèn)識(shí),。由于RhoA與腫瘤發(fā)生發(fā)展的各個(gè)方面均有聯(lián)系，包括腫瘤的生長(zhǎng)和增殖,、侵襲和轉(zhuǎn)移等,，因此，Cul3/BACURD復(fù)合物對(duì)RhoA的蛋白水平的調(diào)節(jié)很有可能為我們進(jìn)一步研究RhoA與腫瘤的發(fā)生之間聯(lián)系提供重要的線索,。事實(shí)上,，最近的研究也有證據(jù)表明Cul3在乳腺癌細(xì)胞中有較高的表達(dá)水平。鑒于這項(xiàng)工作的重要意義,，Molecular Cell雜志也邀請(qǐng)了美國(guó)Burnham醫(yī)學(xué)研究所的Dieter A. Wolf博士為該邵峰小組的文章刊發(fā)了專門的評(píng)論文章,。（生物谷Bioon.com）
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Molecular Cell,24 September 2009 doi:10.1016/j.molcel.2009.09.004
Cullin Mediates Degradation of RhoA through Evolutionarily Conserved BTB Adaptors to Control Actin Cytoskeleton Structure and Cell Movement
Yuezhou Chen1, 2, 5, Zhenxiao Yang2, 3, 5, Min Meng4, Yue Zhao2, Na Dong2, Hongming Yan2, Liping Liu2, Mingxiao Ding1, H. Benjamin Peng4 and Feng Shao2, ,
1 College of Life Science, Peking University, Beijing 100871, China
2 National Institute of Biological Sciences, Beijing 102206, China
3 Graduate School of Chinese Academy of Medical Sciences and Beijing union Medical College, Beijing 100730, China
4 Department of Biology, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China
Cul3, a Cullin family scaffold protein, is thought to mediate the assembly of a large number of SCF (Skp1-Cullin1-F-box protein)-like ubiquitin ligase complexes through BTB domain substrate-recruiting adaptors. Cul3 controls early embryonic development in several genetic models through mechanisms not understood. Very few functional substrate/adaptor pairs for Cul3 ubiquitin ligases have been identified. Here, we show that Cul3 knockdown in human cells results in abnormal actin stress fibers and distorted cell morphology, owing to impaired ubiquitination and degradation of small GTPase RhoA. We identify a family of RhoA-binding BTB domain adaptors conserved from insects to mammals, designated BACURDs. BACURDs form ubiquitin ligase complexes, which selectively ubiquitinate RhoA, with Cul3. Dysfunction of the Cul3/BACURD complex decreases cell migration potential and impairs RhoA-mediated convergent extension movements during Xenopus gastrulation. Our studies reveal a previously unknown mechanism for controlling RhoA degradation and regulating RhoA function in various biological contexts, which involves a Cul3/BACURD ubiquitin ligase complex.
