通过降解酶NEDD8终极克星1抑制NEDD8和FAT10连接酶活性：一种潜在的抗癌方法外文翻译资料

 2022-03-24 22:29:04

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通过降解酶NEDD8终极克星1抑制NEDD8和FAT10连接酶活性：一种潜在的抗癌方法

Ka-Liong Tan and Francesco Pezzella

纳菲尔德临床实验室科学部，雷德克里夫医学部，约翰雷德克里夫医院，英国牛津大学牛津大学，英国;医学与卫生科学学院，马来西亚伊斯兰教，马来西亚，吉隆坡，55100，马来西亚，2016年1月28日;2016年8月9日，DOI:10.3892/ol.2016.5232

摘要：细胞通过放松管制细胞周期并逃避细胞凋亡的能力是癌症的标志。泛素样蛋白（UBL）蛋白酶体系统通过信号蛋白调节细胞周期是重要的。蛋白酶体系统的放松调节可导致不受控制的细胞增殖。 Skp，Cullin，含F盒的复合物（SCF复合物）是主要的E3泛素连接酶，并具有多种底物。 SCF复合物的泛素连接酶活性需要神经前体细胞共表达，发育上下调8（NEDD8）与库林蛋白。名为NEDD8终极克星1（NUB1）的肿瘤抑制和降解酶能够收集HLA-F相邻的转录本10（FAT10）和NEDD8缀合的蛋白质进行蛋白酶体降解。泛素化与去酰化和FAT10基因有关。虽然验证了UBLs的目标，包括泛素，NEDD8和FAT10，但具有挑战性，了解这些底物的生物学意义是一个令人兴奋的研究前景。本文讨论了这些UBLs的相互作用，以及通过NUB1强调其抑制作用。了解NUB1能够通过NEDD8缀合和FAT10途径下调泛素级联的机制至关重要。这将提供可用于选择性抑制癌症生长的潜在癌症治疗的见解。

关键词：NEDD8，NUB1，FAT10，E3泛素连接酶，cullins，蛋白酶体降解，泛素样蛋白

一、泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）和泛素样蛋白（UBL）途径作为治疗靶点的概述

UPS通过程序降解来调节人类细胞中的蛋白质内稳态是重要的。调节蛋白的降解可影响细胞周期调节，细胞增殖，细胞内信号转导，DNA修复和凋亡（1-4）。由于UPS降解是与细胞内的蛋白水解相关的主要清除系统，其去调节可通过调节蛋白的不适当损失或某些特定信号级联的无意激活而引起癌症和其他疾病的发病机制。例如，当细胞周期控制分解时，癌细胞发展，导致细胞增殖不受限制。癌细胞也可以逃避许多不同细胞应激诱导的细胞凋亡。因此，UPS的正常调节中断可能导致细胞增殖异常。

26S蛋白酶体是能够降解多聚泛素化蛋白质的蛋白酶复合物。 26S复合物由桶形20S蛋白酶体核心组成，其中任一端或两端具有19S调节颗粒。 20S蛋白酶体包含酶活性位点，而19S调节颗粒有助于控制泛蛋白样蛋白（UBL）共轭底物进入核心。在20S核心内有三个蛋白酶体活性位点，即胱天蛋白酶样（beta;1），胰蛋白酶样（beta;2）和胰凝乳蛋白酶样（beta;5）结构域。这些位点使用N-末端苏氨酸作为催化氨基酸残基（5,6）。

泛素（Ub）和UBLs共享某些常见的结构元件，例如称为Ub或beta;-grasp折叠的三维结构（7）。 UBL是包含神经前体细胞表达，发育下调8（NEDD8），小泛素样修饰物1/​​2/3，干扰素刺激基因15（ISG15），HLA-F相邻转录物10（ FAT10），自噬相关蛋白（ATG）8和ATG12，其以与泛素化（8）类似的方式与其靶标缀合。 Ub是一种高度保守的76个氨基酸的蛋白质，能够以可逆的方式附着于其他蛋白质。 Ub中有三个重要的结构域：i）所有UBLs中通常发现的beta;-grasp折叠; ii）C末尾;和iii）对应于多聚遍在蛋白连接的链的6个赖氨酸残基（6）。 NEDD8在细胞中具有独特的功能，由于其结构差异，与Ub相比，其介导与靶蛋白的特异性相互作用。 NEDD8的晶体结构类似于Ub，除了两个表面区域（9,10）。 NEDD8最初在胎儿小鼠脑中发现（11），主要发现于成人组织（11-13）。 NEDD8和接合作用途径酶在人类癌症中过表达（13-15）。 FAT10是一种165个氨基酸的蛋白质，其分别包含与其在N和C末端与Ub具有29％同一性和36％同源性的两个Ub-样结构域（16）。已知该蛋白参与凋亡，免疫应答和癌症（16-18）。图。图1A显示了Ub，NEDD8和FAT10的域结构。

图1.

(A)Ub，NEDD8和FAT10以及（B）NUB1的结构表示。 Ub，泛素; NEDD8，神经前体细胞表达，发育下调8; FAT10，HLA-F相邻转录物10; NUB1，NEDD8终极克星1; UBL，泛素样结构域;...

UPS和UBL共轭途径在正常细胞功能和疾病中的作用促使搜索能够选择性地破坏途径功能的抑制剂。 已经合成了蛋白酶体抑制剂以阻止蛋白酶体活性的功能。 如上所述，蛋白酶体具有三个活性位点（beta;1，beta;2和beta;5），其利用N-末端苏氨酸作为催化氨基酸残基（7）。 所有UPS抑制剂被开发以共价修饰这种苏氨酸残基以阻断酶的动力学。 已经用蛋白酶体抑制剂硼替佐米（VelcadeMillennium Pharmaceuticals，Inc.，Cambridge，MA，USA）证实了UPS抑制的治疗价值。 硼替佐米用于治疗患有多发性骨髓瘤（19,20）和外套细胞淋巴瘤（21）的患者。

作为靶向UPS的第一种临床蛋白酶体抑制剂，硼替佐米于2003年获得批准。目前正在开发出几种第二代蛋白酶体抑制剂，如卡菲霉素，奥曲单抗，ixazomib柠檬酸盐，马瑞霉素和丹参酮。与UPS抑制相比，阻断UBL途径可以通过靶向底物蛋白提供更具体的作用。 UPS抑制是阻止较宽范围底物降解的常见步骤。例如，E1活化酶的抑制可以通过共价失活（例如PYR-41）（22）和加合物形成（例如MLN4924）（23）来实现。封闭的E2相互作用提供更多的选择性抑制（例如合成肽UBC12N26）。最近的研究经常侧重于靶向去泛素化酶（DUBs），因为这类蛋白质能够逆转Ub缀合级联的作用。表I总结了目前第二代蛋白酶体抑制剂的临床发展，表II列出了E1 / 2/3抑制剂。此外，靶向NEDD8途径的NEDD8激活酶（NAE）抑制剂MLN4924似乎是潜在的重要抗癌策略（24）。与蛋白酶体和E1 / 2/3抑制剂相比，DUB抑制剂的发展更为新近。据我们所知，没有DUB抑制剂进入临床试验。

表 I.

第一代和第二代蛋白酶体抑制剂。

表II.

针对E1s，E2s和E3s的小分子抑制剂的总结

NEDD8终极克星1（NUB1），NEDD8和FAT10降解酶，以及抗癌治疗方法

NUB1是69kDa的干扰素（IFN）诱导蛋白，由601个氨基酸组成。它还具有剪接变体NUB1L，其具有额外的14个氨基酸，其编码另外的Ub相关（UBA）结构域（图1B）。 NUB1蛋白可以将FAT10和NEDD8缀合的蛋白质引入蛋白酶体进行降解并负调节NEDD8-缀合系统（25-29）。已经在各种类型的癌细胞中观察到NUB1蛋白，包括宫颈腺癌，直肠腺癌，神经母细胞瘤，恶性淋巴瘤和肾细胞癌（RCC）（26）。上调的NUB1表达与IFNalpha;诱导的抗生素作用有关。此外，NUB1已经证明在RCC细胞系中具有抗癌性质，其通过其对p27和细胞周期蛋白E（30,31）的作用参与凋亡和S期转变。 NUB1的上调有效抑制IFNalpha;抗性RCC细胞的增殖（31）。

据报道，NUB1蛋白在亨廷顿舞蹈病（32）和先天性黑蒙（33）中起作用。在癌症中，NUB1是通过调节Skp，Cullin，含F盒（SCF）SKP2连接酶活性（31）抑制p27KIP1和p21CIP1的有吸引力的候选物。 NUB1敲低癌细胞中上调的p21CIP1被认为有助于细胞衰老。据报道，NUB1蛋白是一种肿瘤抑制因子，因为它在其过度表达时发挥生长抑制作用;在IFNalpha;治疗后，过表达的NUB1诱导IFNalpha;抗性A498细胞凋亡（31）。然而，其普遍缺乏酶活性使NUB1不太适用于小分子抑制（32）。因此，与NUB1（34）相互作用，低分子量蛋白FAT10和NEDD8可能是开发抗癌治疗新策略的关键。目前的研究重点是NUB1蛋白在NEDD8和FAT10共轭在癌症中的相关性，以及将其作为一种新型治疗方法的潜在目标。

二.NEDD8-缀合（接合作用）途径和去酰化对转录因子的影响

导致UBL缀合和蛋白质降解的UBL酶级联方案涉及几个不同的步骤。 每个步骤需要不同类型的酶，如表III所示

表III.

涉及UBL轭合的酶促级联概述。

接合作用是一种翻译后修饰过程，其将NEDD8与其靶蛋白结合，在类似于泛素化观察的过程中。 然而，接合作用过程使用不同的E1和E2酶反应方案（5,8,11,35,36）（表III）。 图。 2A总结了NEDD8共轭和解缀步骤（34,37）。 NEDD8的C-末端甘氨酸由E1 NEDD8活化酶（NAE）腺苷酸化，其由淀粉样蛋白-beta;前体蛋白结合蛋白1（APPBP1）和Ub-类修饰活化酶（UBA）组成的异二聚体3.NEDD8 通过巯基连接共价键合到NAE上（38）。 活化的NEDD8通过异肽键连续转移到E2 NEDD8缀合酶，然后转移到特异性底物（即库布蛋白）（39）。 RING-box蛋白（RBX）1 / ROC1，小鼠双分子2同系物（MDM2），F盒蛋白11和c-Cbl蛋白以相同的方式进行酶解。

图2。

  1. NEDD8共轭途径。 接合作用途径的主要步骤的概述[从Rabut和Peter修改，2008（37）; Tanaka等人，2012（34）]。 （B）Neddylated CUL1用磷酸化的p27和细胞周期蛋白E锁定SCF复合物[如所建议的...

有两种NEDD8特异性E2结合酶，即泛素缀合酶E2（UBE2）M（也称为UBC12）和UBE2F。这些E2酶通过E3酶将NEDD8转移至其靶蛋白。据报道，所有NEDD8 E3酶均可用作Ub E3酶。主要的NEDD8 E3连接酶是RING亚基RBX1和RBX2（38,40-43）。同时，非RBX家族NEDD8 E3连接酶包括c-CBL，无名指蛋白111，MDM2和凋亡抑制剂1（44）。

在许多NEDD8底物中，丁酰化已被最好地描述在库林家族（45）。在这种机制中，E2半胱氨酸活性位点的NEDD8转移到靶蛋白N末端的赖氨酸残基（图2A）（46）。 Cullin 接合作用进一步被cullin 接合作用蛋白1样蛋白质缺陷介导（44）。据报道，RING E3连接酶可以在多个赖氨酸残基上对相同的底物进行茚三酮化（44）。然而，非RBX RING E3连接酶和E2酶之间的相互作用仍有待阐明。

NEDD8结合的底物被包括COP9信号体（CSN），NEDD8特异性蛋白酶1（NEDP1 / DEN1）和泛素特异性肽酶21（37,47-51）的各种蛋白质脱甲酰化。通过与cullin的直接结合可以通过与cullin相关的和接合作用解离的1抑制接合作用（52,53）。 NEDD8和Neddylated底物由NUB1招募用于蛋白酶体降解（25,26）（图2A）。在G1-S期转变中，Bornstein等（30）证明了Neddylated cullin 1如何协同激活SCFSKP2 Ub连接酶复合物，导致p27降解（图2B）。此外，以前的研究发现，cullin 接合作用增加了SCF复合物的Ub E3连接酶活性（图3）（46,54）。

图3.

NEDD8共轭和泛素蛋白的泛素化途径。 UBE2M，泛素结合酶E2M; RBX1 / 2，环盒1; Ub，泛素; NEDD8，神经前体细胞表达，发育下调8; SCF，Skp，cullin，F-box-containing ...

NEDD8由NUB1负调节，NUB1将UBLs连接到26S蛋白酶体以进一步降低UPS。 报道已经描述了NUB1能够招募NEDD8和NEDD8缀合的蛋白质到蛋白酶体以进行降解，并且这可以调节响应于应激的细胞周期分布（34）。 NEDD8激活Ub E3连接酶-SSC复合物（通过共价结合到蛋白质）的能力增加了泛素化机制的进一步复杂性（11,55-59）。 因此，NEDD8目标的验证将允许识别真正的NEDD8底物。

识别生理性去甲二醇化靶标的挑战

Hjerpe等（45）证明NEDD8和Ub级联在正常细胞内稳态期间彼此独立。通过Ub级联将NEDD8缀合到Ub底物上在正常生理条件下具有虚假的作用。与Ub相比，NEDD8的C端的单个氨基酸变化从Arg72到Ala72赋予这两个UBL之间的特异性（44）。这确保了正确的UBL分别通过适当的E2酶，E3酶和底物（表III）。然而，当NEDD8过量时，NEDD8 E1酶UBA1可以激活NEDD8，然后将其转移到Ub E2酶上。这种现象导致Ub特异性底物的NEDD化（10,45）。 NEDD8可以形成NEDD8链或混合的Ub-NEDD8链（39,60）。由于细胞应激，细胞多样性或病理状况，NEDD8在Ub上的增加可能对Neddylated底物产生不同的影响（44）。这引起了人们的关注，因为迄今为止进行的大多数研究表明，在细胞中鉴定Neddylated底物依

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