一项新发现揭示了蛋白质加工过程中的两种酶如何协同工作以处理蛋白质，并可能对研究诸如与神经退行性病变相关的疾病产生影响。

洛克菲勒大学

6月5日

健康细胞不断分解蛋白质，并在一种名为“解折叠酶”（Unfoldases）的酶类帮助下构建新的蛋白质，因为它们能解开那些被标记为需要销毁或回收的蛋白质。 现在，洛克菲勒大学（Rockefeller University）的一项新的电子显微镜研究展示了 VCP （一种这样的解折叠酶）如何与称为“去泛素化酶”（DUB）的标签去除酶进行物理相互作用。这些发现揭示了这两种酶如何协同工作以处理蛋白质，并可能对研究诸如与神经退行性病变相关的疾病产生影响。研究结果于近日发表在《细胞生物学杂志》（Journal of Cell Biology）上。

研究于2025年5月5日发表在《Journal of Cell Biology》（最新影响因子：7.3）杂志上

“ VCP 功能障碍与神经退行性疾病有关，例如阿尔茨海默病，”第一作者 Lauren Vostal 说，她是 Tarun Kapoor 实验室的研究生，现为勃林格殷格翰（Boehringer Ingelheim，一家德国制药公司）的高级科学家，“能够亲眼观察到 VCP 和 DUB 之间的物理接触，可以为我们深入了解这两种酶如何协调以调控蛋白质降解提供线索。”

解折叠与切割

细胞通过一系列协调机制来维持蛋白质稳态（Proteostasis），即蛋白质数量的一种精细平衡，以确保蛋白质合成和降解的速率保持同步。由于某些蛋白质必须先解折叠才能被降解，因此像 VCP 这样的解折叠酶在这个系统中起着至关重要的作用。一旦一个蛋白质被标记为需要降解或回收，VCP 就会将这个待降解的蛋白质穿过其中心孔。在那里，如果该蛋白质注定要被回收，它必须失去其功能性标签，如果要被销毁，则至少需要保留部分标签的完整性。

研究人员长期以来一直怀疑 DUB 在去除这些标签中发挥作用。但是，尽管先前的研究已经详细描述了底物如何被穿行通过 VCP，但最后一步（VCP如何与DUB相互作用以协调这最后的“修剪”）仍然是个谜。

“这些酶之间的精确沟通是必要的，” Kapoor 说，“如果标签在解折叠之前就被去除，会阻止任何蛋白质处理。因此，理解这一点对我们很重要。”

Kapoor、Vostal 及其同事们认识到，对 VCP 与一种 DUB 形成的复合物进行成像，将是弄清楚 VCP 如何协调蛋白质降解的关键一步，考虑到 VCP 在癌症中过度表达并在神经退行性疾病中发生突变，这是一个紧迫的问题。如果该系统的失调与蛋白质聚集疾病有关，那么更好地理解其结构和机制将有助于研究人员设计靶向药物。

蛋白质处理模型

为了获得 VCP-DUB 相互作用的结构模型，该团队使用单分子质谱光散射（Single-molecule mass photometry）技术证明，在溶液中，VCP 与一种名为 VCPIP1 的 DUB 形成了稳定的复合物。这项技术特别有用，因为它能让团队评估结合强度、化学计量（Stoichiometry）以及特定突变或截短的影响。“这种质谱光散射方法尚未广泛使用，但它确实是一项新兴技术，” Vostal 说，“这是一个易于掌握的工具，它提供的结果是我们用其他方法无法如此快速或清晰地获得的。”

随后，该团队转向冷冻电子显微镜（Cryo-electron microscopy）和一系列生化分析（Biochemical assays），进一步分析了 VCP 与 VCPIP1 之间的相互作用，最终获得了该复合物的两种结构，并证明在 VCP 存在的情况下，VCPIP1 的 DUB 活性会被激活。

一个关于 VCP 和 DUB 如何联合调控蛋白质处理的模型开始浮现。最多三个 VCPIP1 分子可以结合到一个 VCP 六聚体上，将其催化位点精确地定位在 VCP 中心孔的正下方，这正是解折叠蛋白质穿出的地方。 这是一个完美的安排：VCP 负责解折叠，而 VCPIP1 只在此步骤之后才修剪标签。

更妙的是，VCP 甚至能够在不消耗 ATP 能量的情况下激活 VCPIP1，这表明仅凭它们的物理相互作用就足以提升酶活性。研究团队还发现，当第三个 VCPIP1 分子结合到 VCP 上时，它会重塑复合物结构，为折叠的标签腾出空间，这是关键的一步，因为 VCPIP1 只能在标签穿过中心孔后重新折叠才能对其进行切割。

VCP（蓝色和紫色）与三个 VCPIP1 启动子（红色、橙色和黄色）结合的三维冷冻电镜结构

这是一个引人注目的框架，可能对靶向蛋白质聚集疾病（如阿尔茨海默病）的药物开发产生影响。但该模型尚未得到完全证实。Kapoor 及其同事们目前只观察了这两种酶在无标记底物存在时的相互作用。在未来的研究中，他们计划加入 VCP 通常需要解折叠的那种蛋白质，以观察在真正执行任务时，VCP-VCPIP1 复合物是否仍按预测的方式工作。

“既然我们现在知道了 VCP 和 DUB 之间可以发生这种相互作用，那么当 DUB 结合时，底物还能结合吗？” Vostal 问道，“这就是下一个基础研究问题。”

创立于1901年的洛克菲勒大学

参考文献

Source：Rockefeller University

New understanding of protein processing could have implications for Alzheimer’s and some cancers

Reference：

Lauren E. Vostal, Noa E. Dahan, Matthew J. Reynolds, Lily I. Kronenberg, Tarun M. Kapoor; Structural insights into the coupling between VCP, an essential unfoldase, and a deubiquitinase. J Cell Biol 5 May 2025; 224 (5): e202410148. doi: https://doi.org/10.1083/jcb.202410148

       原文标题 : 蛋白质加工新认知或对阿尔茨海默病及部分癌症的研究产生重要影响