王晶團隊利用APEX2鄰近標記銅伴侶蛋白Atox1鑒定細胞核銅結(jié)合蛋白CRIP2調(diào)節(jié)自噬
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近日，藥學(xué)院天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室王晶團隊在學(xué)術(shù)期刊《Angewandte Chemie International Edition》發(fā)表了題為“APEX2-based Proximity Labeling of Atox1 Identifies CRIP2 as a Nuclear Copper-binding Protein that Regulates Autophagy Activation”（利用APEX2鄰近標記技術(shù)鑒定銅伴侶蛋白Atox1細胞核內(nèi)銅結(jié)合蛋白CRIP2從而調(diào)節(jié)自噬）的研究工作。
銅（Cu）是從電子轉(zhuǎn)移到催化再到結(jié)構(gòu)作用等多種生物過程中必不可少的細胞成分。銅濃度異常與包括癌癥在內(nèi)的各種病理疾病有關(guān)。由于體內(nèi)大多數(shù)銅離子都與蛋白質(zhì)結(jié)合，因此探索銅轉(zhuǎn)運蛋白的機制和調(diào)控機制可能有助于開發(fā)新方法，以解決涉及銅轉(zhuǎn)運蛋白和銅代謝失衡的靶標疾病。根據(jù)生物信息學(xué)方法鑒定出的銅結(jié)合蛋白列表仍少于整個蛋白質(zhì)組的0.5％。因此，細胞內(nèi)銅結(jié)合蛋白的發(fā)現(xiàn)及其在不同亞細胞區(qū)室中功能的研究仍然是巨大的挑戰(zhàn)。
由于游離銅離子具有劇毒作用，因此銅的含量受到一系列轉(zhuǎn)運蛋白，分子伴侶和酶的嚴格調(diào)控。銅一旦進入細胞，就會被胞質(zhì)銅伴侶蛋白（例如ATOX1，CCS和COX17）束縛并運輸，從而被運送到特定的細胞目的地。越來越多的證據(jù)證實，銅是細胞核中存在的主要金屬離子，但銅在細胞核內(nèi)的作用尚不清楚。一些報道證明Atox1通過轉(zhuǎn)運銅離子到細胞核來調(diào)節(jié)細胞增殖所需基因的表達，但是銅在細胞核中的穩(wěn)態(tài)機制對腫瘤的發(fā)生在很大程度上仍然不確定。由于Atox1與其下游銅蛋白之間的相互作用是瞬時、微弱的，因此免疫共沉淀和酵母雙雜等傳統(tǒng)手段難以研究其相互作用。近年來興起的抗環(huán)血酸過氧化物酶（APEX2）標記技術(shù)能在活細胞水平研究瞬時以及弱結(jié)合的蛋白-蛋白相互作用。在這項研究中，王晶團隊利用Atox1的核定位和銅傳輸功能，并將Atox1用作“誘餌”，從而提供了活細胞內(nèi)具有時空分辨率的銅蛋白互作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)視圖。隨后，通過二甲基標記定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，確定了CRIP2可以作為潛在的銅結(jié)合蛋白與Atox1相互作用。
研究表明Atox1可以將銅離子轉(zhuǎn)移至細胞核并傳遞至CRIP2，從而導(dǎo)致CRIP2蛋白的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終促進其泛素化降解。在H1299細胞中，銅誘導(dǎo)的CRIP2降解可提高細胞內(nèi)的ROS水平并激活自噬，暗示CRIP2介導(dǎo)的銅代謝在癌細胞自噬激活過程中的作用。上述發(fā)現(xiàn)也為腫瘤內(nèi)銅紊亂的治療提供新的作用機制和藥物篩選靶點。
王晶研究員為本研究論文的通訊作者，北京大學(xué)藥學(xué)院博士后陳林、李娜和北京大學(xué)藥學(xué)院博士研究生張美琪為論文的共同第一作者。該工作得到科技部重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金委等項目資助。
左起：陳林（博士后），王晶（研究員），張美琪（博士研究生）
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202108961
【通訊作者簡介】
王晶，博士，北京大學(xué)藥學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師、天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室PI。入選中組部高層次人才。長期致力于銅相關(guān)蛋白功能及機制研究，以及利用化學(xué)生物學(xué)方法研究小分子對生物大分子的調(diào)控機制和開發(fā)相應(yīng)的基于遺傳編碼的生物熒光探針。至今以第一作者或通訊作者身份在Nat. Chem.、Nat. Biotechnol.、Angew. Chem. Int. Ed.等國際重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。
天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室? 供稿
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