HECT型E3泛素连接酶Itch活性调控及激活的分子机制研究

The HECT-type E3 ubiquitin ligase Itch is involved in the control of many biological processes including immune responses, development, and tumorigenesis. Many important signaling pathways are regulated by Itch-mediated ubiquitylation of diverse target proteins, and the disfunction of Itch is correlated with human diseases such as multisystem autoimmune disease, morphological and developmental abnormalities, and various tumors. However, detailed molecular basis underlying the regulation and activation mechanisms of Itch is largely unclear. With combined biochemical, biophysical and cellular techniques, we plan to investigate how the ligase activity of Itch is regulated through its intramolecular interaction, and why phosphorylation and adaptor protein binding could activate Itch. This work will not only afford atomic structural information for understanding Itch-mediated regulation in immune responses and development, but also provide potential drug target(s) for the treatment of Itch-related diseases such as asthma.

HECT型E3泛素连接酶Itch参与调控免疫反应、发育、肿瘤生成等一系列生理过程。通过泛素化多种底物，Itch调节许多重要的信号传导通路。Itch功能的失调与人类疾病如自身免疫疾病、形态及发育的失常、以及多种肿瘤的产生密切相关。但是, 由于生化及结构信息的匮乏，Itch活性调控及激活的分子机理尚不明晰。本项目将结合生物化学、生物物理学及细胞生物学技术，研究Itch的酶活性是如何因其分子内相互作用而抑制的，以及磷酸化修饰及接头蛋白的结合如何破坏Itch的自抑制构象并激活其酶活性。本研究将为理解Itch介导的免疫调节及发育过程提供原子水平的结构信息，同时也将为相关疾病（如哮喘）的治疗提供潜在的药物标靶。

HECT型Nedd4家族E3泛素连接酶参与调控免疫反应、发育、肿瘤生成等一系列生理过程。然而, 由于生化及结构信息的匮乏，Nedd4家族E3活性调控及激活的分子机理尚不明晰。我们发现Nedd4家族成员Itch的WW2及随后的一段序列直接结合HECT，进而抑制E2-E3的泛素转移过程。结合Ndfip1或JNK1介导的PRR区域磷酸化可以激活Itch，这两种方式都依赖于结合WW2从而释放出HECT。而异常激活的Itch会引起神经发育过程中大脑皮层神经元迁移缺陷。类似的自抑制及激活机制在Itch、WWP1/2的果蝇同源物Su(dx)中保守存在。dNdfip结合Su（dx）WW可以打开其自抑制构象，进而介导对底物Notch的泛素化修饰。我们进一步发现WWP1采用一种多位点自抑制机制。移除WW2或者WW34将导致WWP1的部分激活。而WWP1众多癌症相关的突变使其转为半开放的构象从而增强了WWP1活性，并可能通过增加ΔNp63α泛素化降解来促进肿瘤细胞迁移。这种多锁调节机制在WWP2和Itch中是保守的，而Nedd4/4L和Smurf2使用略有不同的多锁抑制机制。这种多层调节可以使Nedd4 E3表现出不同的活性，从而更精确地调控细胞的各种生理进程。该系列工作不仅为理解Nedd4家族E3的活性调控提供了原子水平的结构信息，同时也将为相关疾病（如哮喘、肿瘤）的治疗提供潜在的药物标靶。. 另外，我们发现在果蝇神经干细胞不对称分裂的过程中，保守的Par (Par3/Par6/aPKC)复合物和细胞命运决定因子Numb通过多位点蛋白-蛋白相互作用发生液液相分离，分别在顶部和底部皮层形成高度浓缩又高度动态的点状结构，从而建立细胞顶-底极性。干扰Par复合物相分离的形成会破坏果蝇神经干细胞不对称分裂过程中顶-底端极性的建立，进而导致神经元谱系发育的缺陷。该系列研究表明极性蛋白复合物多价相互作用介导的液-液相分离可能是细胞极性建立的普遍机制。