去泛素化在NF-κB信号通路调节中的作用

去泛素化在NF-κB信号通路调节中的作用

Edward W Harhaj1, Vishva M Dixit2

1Department of Microbiology and Immunology, Sylvester Comprehensive Cancer Center, The University of Miami, Miller School of Medicine, 1550 NW 10 Avenue, Miami, FL 33136, USA; 2Department of Physiological Chemistry, Genentech Inc., 1 DNA Way,South San Francisco, CA 94080, USA

核因子kappa B（NF-κB）是一种非常关键的调控因子，参与多种生物功能，包括先天和适应性的免疫以及细胞的生存等。NF-κB的激活严格受到一种慢性信号的调节，这一信号会导致持续性的炎症以及癌症。由关键信号分子E3连接酶介导的泛素化途径对NF-κB信号通路具有重要的调控作用。去泛素化(DUBs)可抵抗E3连接酶，因此在下调NF-κB信号通路以及维持稳态时，其有重要的作用。通过特异的去泛素化，如A20和CYLD，可以了解NF-κB信号通路的下调途径，进而为慢性疾病以及癌症提供治疗的可能。

核因子kappa B(NF-κB)/Rel代表了一种真核转录因子家族，这一家族是基因的主要调控因子，可以控制先天和适应性的免疫反应。NF-κB 家族的蛋白都含有约300个氨基酸组成的RHD结构域，这一结构域包括DNA结合区、核定位区以及二聚化区。NF-κB 家族成员可以形成同源或异源的二聚体，包括p65/RelA, c-Rel, RelB, p105/p50 以及p100/p52。 在细胞质中，NF-κB被抑制蛋白或IκBs抑制，所以呈现非活性状态，这些抑制蛋白可以阻止NF-κB的核定位以及与DNA的结合。IκB家族成员包括IκBα, IκBβ, IκBε, NF-κB1, NF-κB2, IκBδ (或称为MAIL)以及Bcl-3,这些成员都包含锚定重复结构域，可以与NF-κB的亚基结合。虽然大多数的IκBs抑制NF-κB的活性，但是在细胞核中IκBδ 和Bcl-3可以使NF-κB发生反式激活。NF-κB1和NF-κB2蛋白（也被称为p105和 p100）是p50和p52 NF-κB亚基的前体形式。

存在两种不同的NF-κB信号途径，经典途径和非经典途径，它们具有不同的作用。在经典的NF-κB信号途径中，促炎症因子，如TNF-α或IL-1β,或病原体（如细菌脂多糖LPS）可以引起NF-κB亚基快速的核定位。在很多生理过程中，如先天和适应性的免疫以及细胞生存，经典的NF-κB信号途径具有重要作用。多种刺激物可以激活经典的NF-κB信号通路，这些刺激物都可以使IκB激酶激活，IκB激酶包含两个催化亚基IKKα和IKKβ以及调节亚基IKKγ（也被称为NEMO）。在激活NF-κB信号通路的过程中，IKKβ和IKKγ亚基是非常关键的，必不可少的。IKK可以磷酸化IκB蛋白N端的2个丝氨酸残基，引起IκB的泛素化，导致其被蛋白酶体降解，最终NF-κB进入核中，激活靶基因的转录。在应答特异刺激物比如促炎症细胞因子时，NF-κB被短暂激活，因为NF-κB会引起负反馈调节，包括抑制蛋白的表达比如IκBα，其可以下调NF-κB信号通路。NF-κB反应的终止非常关键，它可以阻止持续性NF-κB活性，因为NF-κB活性可以导致慢性炎症以及肿瘤的发生。

在非经典途径中，NF-κB2可以被蛋白酶体加工形成p52，其可以与RelB相互作用进而调节一类控制B淋巴细胞存活及淋巴器官再生成的靶基因。非经典途径由一类超家族配体引起，比如BAFF、LT-β、CD40L。在非经典途径中MAP3激酶MAP3K14，也被称为NF-κB诱导激酶或NIK，具有非常重要的作用。在多数细胞中，NIK水平极低时，NIK主要由翻译后修饰调

节。多亚基E3泛素连接酶复合物可以下调NIK使NIK处于低水平状态。E3泛素连接酶复合物由TNF受体关联因子（TRAF）2,TRAF3,cIAP1,cIAP2组成。BAFF-R, CD40以及LT-βR配体都会引起TRAF3的降解，导致TRAF/cIAPE3泛素连接酶复合物的失活以及NIK的稳定性。反过来，NIK可以磷酸化IKKα，这样就会使NF-κB2发生磷酸化，引起蛋白酶体对它的加工。近期研究表明NIK功能的翻译后调节通过锌指蛋白91（zfp-91）介导的K63位的多聚泛素化。通过不明的机制，NIK泛素化可以促进它的稳定性。

泛素化是一个可逆的翻译后修饰涉及一个或多个泛素分子与蛋白底物的共价连接，这是蛋白酶体介导的降解途径识别的一个著名的目标信号。然而，近期研究发现了泛素化的多种非蛋白水解功能，包括蛋白的转运以及激酶和磷酸酶的激活。因此，泛素在调节多种信号通路中起着关键的作用。泛素化过程包括三步酶反应。首先，泛素活化酶E1活化泛素分子，然后转移活化的泛素分子与泛素结合酶E2的半胱氨酸残基结合最后在泛素连接酶E3的作用下，泛素分子与靶蛋白的赖氨酸形成异肽键。在人类基因组中，大约有2种基因编码E1,20种基因编码E2，600种基因编码E3。E3连接酶为底物的泛素化提供了特异性，它由三个部分组成RING, HECT and F-box。E3连接酶的RING，F-box结构域催化泛素由E2泛素结合酶转移到底物蛋白上，然而其HECT结构域可以直接将泛素转移到底物上。

底物的泛素化可能继续进行单泛素分子或者共价连接的多聚泛素分子。泛素包含7个内部的赖氨酸残基（K6, K11, K27, K29, K33, K48 和K63），这些残基可以维持多聚泛素化链。确实，在蛋白裂解物中，通过光谱测定发现，涉及每一个赖氨酸残基的异构肽缺失了。K-48连接的多聚泛素化链可以被26S的蛋白酶体识别，导致蛋白的降解。K-63连接的多聚泛素化链不能导致蛋白的降解但是可以引起蛋白的非水解功能，比如蛋白的转运，或激酶、磷酸酶的激活。另外，泛素链可以被连接以一种直线的方式，通过C端的甘氨酸和N端的甲硫氨酸组成的头—尾多聚泛素化链。2种RING型的E3连接酶，HOIL1和HOIP，可以组装成直线的多聚泛素链，这在NF-κB通路中具有非常重要的调节作用。其他类型的泛素化修饰也已经被发现，包括K-11介导的多聚泛素化。通过一个新的K-11连接抗体发现K-11连接的多聚泛素化链有更高的上调作用在有丝分裂以及蛋白降解过程中。有报到表明，K-27连接的多聚泛素化链可以调节靶蛋白到溶酶体中。另外，AIP4/Itch可以催化K-29连接的多聚泛素化链的形成引起溶酶体介导的降解。然而，这些非经典的泛素连接的生物功能还不清楚。

泛素化是一个可逆的过程，它的逆过程由去泛素化酶(DUBs)家族完成，在人类基因组中，大约有100种基因编码这些酶。存在5个DUBs家族的蛋白，它们有共同的特异结构域：泛素C端水解酶结构域（UCHs），泛素特异蛋白酶结构域（USPs），以及卵巢癌酶结构域（OTUs），Josephins 结构域和JAB1/MPN/MOV34金属酶结构域（(JAMMs）。UCHs, USPs, OTUs 和 Josephins是半胱氨酸蛋白酶，然而JAMMs是锌指结构域。USPs构成了DUBs50个成员中的最大亚家族。很多DUBs包含泛素结合结构域，可以识别和招募泛素化的蛋白。相反的，就像之后被被发现的一样，多数DUBs依赖于泛素结合的接头分子来保证特异性。依据这种观点，我们发现了在调节NF-κB信号途径中DUBs的作用。 NF-κB

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