分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章“Discovery and mechanism of K63-linkage-directed deubiquitinase activity in USP53”，本文的通讯作者是来自德国马普所的Malte Gersch教授，研究方向是泛素系统中蛋白水解的化学生物学。在本文中，作者发现了USP53/54作为非经典的去泛素化酶的催化活性，并通过结构生物学研究了其机制。
泛素化-去泛素化过程对于蛋白功能有重要的调节作用。在去泛素化酶（DUB）中，USP53/54是目前研究较少的泛素特异性蛋白酶（USP）家族成员，他们与其他成员的序列同源性非常低，此前被普遍认为是催化失活的假酶。然而，USP53 的 USP 结构域突变会导致家族性肝内胆汁淤积症的发生。因此，在本文中作者希望通过化学探针研究USP53/54的去泛素化酶活性，以及通过结构解析研究其催化机制。首先作者使用了此前开发的靶向DUB中活性半胱氨酸的探针HA-Ub-PA，该探针的C端可以与巯基反应形成乙烯基硫醚共价键，而后采用基于HA抗体的亲和富集策略实现对DUB的鉴定。作者发现在Hela细胞的裂解液中可以用HA-Ub-PA探针显著富集到USP54。在表达了USP53/54的催化结构域后，作者发现USP53/54可以特异性地切割K63泛素连接链。随后，作者统计了在儿科胆汁淤积症中报道的USP53 突变，他们发现USP53中的R99S和对应USP54中的R100A突变会导致其失去对K63链接的三泛素链的降解活性，而另外几种突变也会使得催化活性明显降低，这表明 USP53 DUB 活性的丧失是其介导胆汁淤积症的病理原因。随后，作者又进一步研究了USP53/54对底物泛素链长的选择性，他们采用了C端带有荧光标记的三泛素链（三泛素-TAMRA）作为底物，发现底物被优先转化为了荧光二泛素和泛素-TAMRA，说明切割位点是在S1’和S2。动力学实验也表明USP54对二泛素-TAMRA链的催化效率要比泛素-TAMRA高20倍以上，表明USP54除了常规的S1结合区域之外还有额外的与底物的结合位点。接下来，作者解析了USP54与K63 连接的二泛素-PA 复合物中的晶体结构。他们发现USP54存在一个额外的 S2 泛素结合位点，这也解释了这类蛋白酶对泛素链长具有倾向性的原因。总的来说，本文中作者发现了USP53/54蛋白K63导向的去泛素化酶的活性，并通过对结构的解析探究了其功能结构域以及对泛素链长的偏好性。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01777-0文章引用：10.1038/s41589-024-01777-0
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