責編丨迦漵

神經幹細胞移植被認爲是治療神經退行性疾病和神經系統損傷的有效途徑，神經幹細胞乾性維持和定向分化的調控機制一直是該領域研究的熱點。Sox2（Sex determining region Y-box 2）作爲重要的幹細胞因子，在神經系統發育和神經細胞損傷修復過程中發揮重要作用【1】。儘管關於Sox2的轉錄調控目前已有相當多的研究報道，並且在胚胎幹細胞中圍繞Sox2蛋白的蛋白質翻譯後修飾也有不少研究（磷酸化【2】、乙酰化【3】、SUMO化【4】、甲基化【5】等），但是在神經幹細胞Sox2蛋白的穩定是如何受到精細調控的分子機制目前並不明確。

11月7日，軍事醫學研究院生命組學研究所張令強課題組與南京醫科大學藥學院劉妍課題組合作在Natture Communications雜誌上發表了題爲Dynamic ubiquitylation of Sox2 regulates proteostasis and governs neural progenitor cell differentiation的研究論文，揭示了Sox2泛素化和去泛素化調控神經幹細胞分化的新機制，闡明瞭泛素連接酶CUL4ADET1-COP1和去泛素化酶OTUD7B調控神經幹細胞分化的新功能，爲神經退行性疾病和神經系統損傷的治療提供了新的思路和靶點。

在這項研究中，研究人員發現隨着神經幹細胞的分化，Sox2蛋白水平逐漸降低，而mRNA水平變化不大，而Sox2蛋白水平的變化主要受泛素化修飾的影響。爲進一步揭示調控Sox2泛素化修飾的E3和DUB，研究人員分別從RING類E3和OTU家族的DUB中篩選能特異性調節Sox2蛋白穩定性的E3和DUB。

研究發現，CUL4A（ Cullin-RING finger ligase  complex成員之一 ）表達隨神經幹細胞分化而上調，且CUL4A過表達能夠增加Sox2泛素化水平並促進其降解。CUL4A作爲泛素連接酶複合體中的骨架蛋白，並不直接識別並結合底物分子，而是招募適配子DDB1連接自己和識別亞基DDB1-CUL4-associated factors（DCAFs），進而實現對底物的泛素化修飾。

爲鑑定能夠直接識別Sox2的DCAFs分子，研究人員還利用人源E3-底物相互作用預測生物信息平臺UbiBrower，將Sox2作爲底物檢索，獲得了84個預測E3，而COP1（constitutive photomorphogenic 1，該蛋白最早是鄧興旺教授在擬南芥中篩選光調控植物形態建成的過程中發現並命名）是其中唯一的DCAFs家族成員。隨後，研究人員進一步證實COP1通過Sox2的V303/P304結構域與其發生直接相互作用；COP1作爲“橋樑”介導CUL4A複合體對Sox2的泛素化調控（COP1作爲“橋樑”介導CUL4A複合體的作用在擬南芥中也是保守的）。而功能性實驗也證實COP1能夠通過增加Sox2的泛素化降解，促進神經幹細胞分化。泛素化修飾作爲一種處於動態可逆的翻譯後修飾，那麼，是否存在能去除Sox2泛素化修飾，穩定其蛋白水平的DUB呢？研究人員發現OTUD7B能夠去除Sox2泛素化修飾，穩定Sox2蛋白，進而抑制神經幹細胞分化。值得一提的是，OTUD7B是第一個被鑑定到的調控Sox2蛋白穩定性的去泛素化酶。

在此前的研究中，華東師範大學翁傑敏教授課題組曾報道在胚胎幹細胞中，泛素連接酶WWP2在甲基化酶Set7的作用下參與Sox2泛素化修飾並繼而影響胚胎幹細胞的命運決定【5】；泛素結合酶Ube2S介導Sox2的泛素化並促進胚胎幹細胞向神經外胚層譜系分化。而本文中的研究則發現，WWP2、Set7及Ube2S均不參與Sox2在神經幹細胞中的蛋白質穩定性調控，即在細胞分化的不同階段，不同的泛素連接酶介導了Sox2的泛素化修飾。

總的來說，該項研究揭示了在神經幹細胞分化過程中Sox2所經受的一種嶄新的、不同於胚胎幹細胞內的泛素化修飾調控機制，鑑定到了能特異性識別並調控Sox2蛋白水平及活性的泛素連接酶和去泛素化酶。該研究加深了對神經幹細胞內Sox2翻譯後修飾調控的認識，也爲神經系統疾病的治療提供了新的靶點和思路。

據悉，軍事醫學研究院生命組學研究所的崔春萍研究員，張源博士，王嬋娟博士和南京醫科大學的袁方博士生是該文章的共同第一作者。張令強教授和劉妍教授爲本文的通訊作者。

參考文獻：

1、Graham, V., Khudyakov, J., Ellis, P. & Pevny, L. Sox2 functions to maintain neural progenitor identity. Neuron 39, 749–765 (2003).

2、Jeong, C. H. et al. Phosphorylation of Sox2 cooperates in reprogramming to pluripotent stem cells. Stem Cells 28, 2141–2150 (2010).

3、Baltus, G. A. et al. Acetylation of sox2 induces its nuclear export in embryonic stem cells. Stem Cells 27, 2175–2184 (2009).

4、Tsuruzoe, S. et al. Inhibition of DNA binding of Sox2 by the SUMO conjugation. Biochem. Res. Commun. 351, 920–926 (2006).

5、Fang, L. et al. A methylation-phosphorylation switch determines Sox2 stability and function in ESC maintenance or differentiation. Mol. Cell 55, 537–551 (2014).

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