USP34调节Ser65磷酸化泛素的分子机制及其在线粒体损伤中的作用研究

Parkinson's disease is one of the major neurodegenerative disorders that affects human health. Recently studies have shown that PINK1 phosphorylated ubiquitin plays an important role in activating E3-ligase PARKIN, and subsequently the activation of the clearance of damaged mitochondria. Therefore, it's very important to investigate how cell recognizes and regulates the Serine 65 phosphorylated ubiquitin. We have identified a deubiquitinase USP34 as a selective interactor for serine 65 phosphorylated ubiquitin. In addition, we found shRNA mediated USP34 knockdown impairs the CCCP induced serine 65 phosphorylated ubiquitin chain formation. The purposes of this proposal are to identify the interaction domain of USP34 with serine 65 phosphorylated ubiquitin, and to investigate the effects of USP34 dysregulation in CCCP induced phosphorylation of ubiquitin. Furthermore, we will investigate the roles of USP34 in CCCP induced mitochondrial damage.

帕金森疾病是影响人类健康的重要的神经退行性疾病。近期的研究表明激酶PINK1激活的泛素蛋白的丝氨酸65位磷酸化对E3连接酶PARKIN的活性和后续的线粒体清除是至关重要的。因此，研究细胞是如何识别并调控丝氨酸65磷酸化泛素对我们深入了解帕金森疾病的发病机制非常有帮助。申请人前期的定量蛋白质谱结果发现去泛素化酶USP34选择性的与丝氨酸65位磷酸化的泛素相互作用，后续的实验发现USP34的缺失会抑制CCCP诱导的丝氨酸65位磷酸化泛素链的形成。本项目拟在此基础上，首先鉴定USP34与丝氨酸65位磷酸化泛素相互作用的结构域，其次通过过表达与基因沉默验证USP34对丝氨酸65位磷酸化泛素链形成的影响，进而研究USP34对CCCP诱导的线粒体损伤的影响。

泛素化是真核细胞内最重要的蛋白翻译后修饰的一种。通过改变蛋白底物的特性，如稳定性，定位，泛素化参与调控几乎所有的生物学过程。泛素化根据其结合到底物蛋白上的泛素数量和拓扑学结构，可以分为单泛素化，多次单泛素化和多聚泛素化。不同类型的泛素化对蛋白底物的功能有不同的影响。同时，泛素化本身也受其他类型的蛋白翻译后修饰，如磷酸化的调控。65位丝氨酸磷酸化的泛素被发现参与调控线粒体的代谢。本项目旨在研究磷酸化泛素的相互作用组学，为系统地理解磷酸化泛素是如何参与调控细胞功能提供理论支持，同时研究磷酸化泛素相互作用蛋白的生物学功能。除此之外本项目也研究了USP10的相互作用组学。本项目在实施期间获得以下主要成果：1）系统地分析了5种磷酸化泛素的相互作用组学，为我们研究磷酸化泛素的功能提供了参考；2）发现USP34特异地与pS65-Ubi相互作用。同时发现USP34表达水平的降低会抑制CCCP诱导的pS65-Ubi的表达；3）通过蛋白质谱的方法，发现并验证了USP34调控线粒体和细胞周期相关蛋白的表达；4）系统分析了USP10的相互作用蛋白组学，提供了一个可靠的USP10相互作用蛋白清单；5）验证了USP10与UPF1的相互作用，鉴定了相互作用的结构域，为研究USP10的生物学功能提供了了方向。本项目本项目的成功实施共发表了6篇标注论文，其中5篇为研究论文（Cell & Bioscience, The FASEB Journal, Genomics, Proteomics & Bioinformatics, Nature Communications和中国生物化学与分子生物学学报），1篇为综述（Proteomics）。同时申请人团队在本项目资助期间毕业了硕士研究生2名，博士研究生1名。