推薦一篇發(fā)表在PNAS上的文章，本文的通訊作者是來自首爾大學細胞降解生物中心的Yong Tae Kwon，以及韓國生命科學研究院的Bo Yeon Kim教授。
細胞內環(huán)境平衡的穩(wěn)定需要細胞能夠感知和適應動態(tài)變化的環(huán)境因素，例如缺氧，氧化應激，極端溫度和營養(yǎng)饑餓等等。例如，HIF-1α可以通過脯氨酸的羥化修飾，被E3連接酶泛素化降解，而在缺氧的條件下，HIF-1α則不被氧化，導致缺氧響應的蛋白被轉錄。然而這種慢性缺氧的傳感作用至少需要2-4個小時來完成，所以細胞如何感知急性缺氧，并做出相應的反應目前還不得而知。氧穩(wěn)態(tài)的失調可導致活性氧的過量堆積，從而引發(fā)氧化應激。為了應對ROS的水平增加，細胞通過激活特異性的級聯信號來控制細胞內氧化還原的穩(wěn)態(tài)。雖然現在對抗氧化應激通路的功能和機制已經有了相當深入的了解，但是對于細胞最初是如何感知ROS積累的目前還知之甚少。此外，盡管氧氣和ROS在化學和生理上互相關聯，但目前尚不清楚氧氣和ROS的傳感系統如何互相干擾，特別是當ROS由于慢性缺氧而開始累積時，是如何作用的。Arg/N-決定子途徑（Arg/N-degron）可以針對具有不穩(wěn)定N端殘基的蛋白，通過蛋白酶體或自噬途徑進行降解。它的作用機制主要是對N端不穩(wěn)定的天冬氨酸或谷氨酸精氨?；籒-識別子識別，從而被泛素化以及被蛋白酶體降解。類似的半胱氨酸也可以發(fā)生精氨酰化，通過一系類的酶促反應，N端的半胱氨酸可以被氧化成亞磺?；揎?。最后導致靶標的泛素蛋白酶體途徑降解。但是這種N端-半胱氨酸的殘基如何在急性缺血以及氧化壓力下進行感應，目前還不得而知。為了知道N端半胱氨酸殘基在感應氧氣和ROS的作用下是如何區(qū)分的，作者首先用降解實驗，確定了在急性狀態(tài)下，Nt-Cys起到重要的作用。隨后作者用化學手段在細胞中產生大量ROS，或者產生慢性缺血，導致ROS產生兩種情況，同樣也確定了Nt-Cys對感應具有很大的作用。隨后作者用環(huán)己二胺-chase的實驗證明，暴露在氧化應激下的Nt-Cys殘基，通過氧化和精氨?；瑫⒌鞍捉到獾倪^程從UPS轉移成為自噬降解。同樣的，在急性缺氧的條件下，蛋白會通過UPS降解，而當缺氧的時間達到6個小時后，底物的穩(wěn)定性大大增加，隨后由溶酶體進行慢性降解。
之前的研究表明細胞感受到氧化水平的急劇變化后，在植物和哺乳動物中都有對應的雙加氧酶將半胱氨酸氧化成亞磺?；?，隨后作者就在慢性缺氧和氧化應激的狀態(tài)下，檢測半胱氨酸的修飾形式，通過液相色譜-質譜分析顯示，大部分暴露于tBHP的細胞，Nt-Cys都顯示修飾為磺酰化。并且這種磺酰化修飾的水平是在正常氧狀態(tài)下的73倍。因此作者發(fā)現了在慢性低氧或者氧化應激的條件下，Nt-Cys會被氧化為磺?；癄顟B(tài)，并且會轉為自噬形式降解的N-degron。
在隨后的研究中，作者弄清了整個在氧化應激或者慢性低氧的條件下Nt-Cys感應以及響應的通路，首先KCMF1蛋白可以結合在磺?；陌腚装彼嵘?，而非經典的N-端識別子UBR4可以通過K63以及K27關聯的泛素化修飾對其進行標記，隨后p62/SQTSM-1/Sequestosome-1作為接下來的識別子，對底物進行自噬形式的降解。這種Cys/N-決定子依賴的重編程過程對于慢性缺氧以及氧化應激均有效，并且作者在之前發(fā)現的一個小分子可以幫助p62加速該降解過程的結果也側面反應了該結論的準確性。
總之，本篇文章發(fā)現N-degron的底物半胱氨酸可以作為雙向感應器感應氧氣以及ROS，并通過下游的級聯反應決定靶蛋白半衰期及降解方式。
原文作者：WYK
責任編輯：LYP
原文鏈接:
https://www.pnas.org/content/pnas/118/50/e2107993118.full.pdf
原文引用：DOI：10.1073/pnas.2107993118
