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泛素化和去泛素化是细胞中的两个重要调控途径。泛素化酶将不同长度和不同链接形式的泛素链连接到蛋白的某些亚基上,泛素链作为一种信号分子,使被标记的蛋白经历相应的降解途径被蛋白酶体降解或改变被标记蛋白的定位;去泛素化酶则可特异性的切除连接在蛋白质上的泛素链或特异性的将某种类型的泛素链降解为单体泛素分子,实现泛素的再利用。
泛素链是由泛素单体通过共价连接形成,根据泛素分子以不同的位点相互连接形成泛素链的不同形式,其中,以第48位赖氨酸残基(K48)相互链接的泛素分子链与蛋白质降解有关,通过K48泛素链标记蛋白通过泛素一蛋白水解酶体途径(Ubiquitin protcasome pathway,UPP)水解,导致高效并高度选择性地进行细胞内蛋白周转;K48链还参与某些重要蛋白质的编译后修饰和改造。因此,K48链对维持细胞正常生理功能具有十分重要的意义。以第63位赖氨酸残基(K63)相互链接的泛素分子链与蛋白质定位和运输有关,蛋白质被K63泛素链标记后,往往发生定位的改变,从而改变这些蛋白的活性或功能。
随着对泛素介导的信号途径研究的深入,发现蛋白泛素化调节是一个可逆的过程,泛素特异性蛋白酶(去泛素化酶)的功能引起了广泛关注。前期研究发现,酵母中的Ubpl4(泛素特异性蛋白酶14)与降解K48连接方式的泛素链有密切关系,Ubp14将K48泛素链降解而实现了泛素的循环利用。但是,有关K63泛素链的降解和去泛素化酶的功能却并不明确。
本研究发现,Ubp3的敲除引起酵母细胞内游离K63泛素链的大量积累。酵母的Ubp3(泛素特异性蛋白酶3)能够特异性地降解K63泛素链。此外,利用纯化的酵母Ubp3蛋白可以在体外催化人工合成的K63泛素链的降解。为了进一步研究其它生物中,Ubp3的相似蛋白是否具有类似的功能,我们在Ubp3基因敲除的酵母细胞中表达了人的Uspl0以及小鼠的同系蛋白,结果我们发现游离K63泛素链被分解。前期的研究发现,酵母的Ubp2可以将蛋白上的K63泛素链切下,本研同样证实,Ubp3对K63泛素链的降解依赖Ubp2的存在。一直以来,Ubp3必须与Bre5一同形成一个复合体才能发挥功能,但本研究发现,Ubp3对K63的泛素链降解作用并不完全依赖Bre5的存在。
由于泛素与许多细胞生命活动和疾病的发生有关,本研究发现Ubp3具有特异降解游离K63泛素链的活性,将为生物体内泛素化和去泛素化调节的研究,以及与泛素调节相关疾病的研究有重要意义。