拟素化修饰是细胞内一种重要的蛋白质翻译后修饰。与泛素化修饰类似，拟素化修饰也是通过三联酶促反应将拟素分子（NEDD8）共价连接到cullin及non-cullin靶蛋白上，从而影响靶蛋白的活性、定位以及降解，由此调控细胞的一系列功能活动。大量研究表明，拟素化修饰在多数人类肿瘤中异常激活，从而促进肿瘤的发生与发展，因此，靶向拟素化修饰是理想的抗肿瘤靶点。人类基因组仅编码一个E1（APPBP1与UBA3组成的异源二聚体），两个E2（UBE2M和UBE2F），以及数十种E3【1,2】。其中，UBE2M与RBX1配对，激活Cullins 1-4的拟素化修饰，而UBE2F特异性的与SAG/RBX2配对，激活Cullin 5的拟素化修饰, 而Cullin 蛋白发生拟素化修饰是激活CRLs（Cullin-RING ligases）泛素连接酶的必要条件【1,2】。mTOR是一类丝/苏氨酸蛋白激酶，与RAPTOR，mLST8，DEPTOR，PRAS40组成mTORC1复合体，是生物体营养感知和代谢调控中心。营养物质和生长因子通过调节小G蛋白（RAG复合体及RHEB）的活性，促进mTORC1复合物在溶酶体表面的完全激活，从而促进下游底物S6K1和4E-BP1的磷酸化，进而增加蛋白质、脂质、核苷酸等生物大分子的合成，这一过程对维持癌细胞增殖所需的物质和能量需求至关重要【3】。既往研究表明，约50%肝细胞肝癌（HCC）患者伴随着mTORC1活化【4,5】，然而，mTORC1感知细胞内营养物质和生长因子的上游信号分子如何被调控尚未明确。已知拟素化修饰途径E1-E3催化酶在包括肝癌的多种肝脏疾病情况下呈现高表达【6,7】。接下来的问题是拟素化修饰过度激活是肝癌发生的诱因还是伴随的结果？此前研究较少的拟素耦联酶UBE2F在体内肝癌发生发展过程中是否和如何发挥作用？以及其高表达是否影响在肝癌中处于激活状态的mTORC1活性？2025年1月6日，浙江大学附属第二医院肿瘤研究所/浙江大学转化医学研究院孙毅教授团队联合浙江大学附属第一医院胰腺病重点实验室/浙江大学转化医学研究院赵永超研究员在The EMBO Journal发表题为RHEB neddylation by the UBE2F-SAG axis enhances mTORC1 activity and aggravates liver tumorigenesis的研究论文，揭示了UBE2F-SAG/E2-E3轴通过拟素化修饰RHEB，激活mTORC1信号通路，促进肝癌发生发展的全新分子机制【8】。团队首先发现在肝癌患者的肿瘤组织中，拟素耦联酶UBE2F的表达显著上调，并与患者的不良预后呈明显正相关，提示UBE2F可能促进肝癌的发生发展。体外细胞实验显示：在肝癌细胞系中沉默UBE2F，明显缩小细胞大小，抑制细胞生长、增殖并诱导细胞周期阻滞及自噬发生，提示mTORC1失活。作为调控细胞生长的信号转导中枢，mTORC1信号通路能够感知氨基酸及葡萄糖等营养物质信号从而促进合成代谢过程。基于此，团队进一步明确了在蛋白质拟素化修饰途径中，仅UBE2F和SAG调节mTORC1对营养物质的应答反应，且过表达小G蛋白RHEB能够挽救此表型。团队的机制探究发现：UBE2F-SAG/E2-E3能促进RHEB第169位点的拟素化修饰，从二个方面激活mTORC1：其一是拟素化修饰改变了RHEB构象，促使其与GTP更紧密的结合，从而增强其活性；其二是促进RHEB法尼基化 (Farnesylation) 修饰，进而增加RHEB溶酶体定位。在生物学功能方面，团队探究了Ube2f在体内肝癌发生发展中的作用。鉴于Ptenfl/fl;Alb-Cre+小鼠通过激活mTORC1和mTORC2促进小鼠肝脏脂肪变性和肝癌发生，团队构建了Ube2f和Pten双敲的小鼠, 发现Ube2f敲除明显延迟Pten失活诱导的小鼠肝脏的脂肪变性以及肝癌发生，并且伴随着mTorc1失活。团队进一步探究了该发现的临床意义。通过对肝癌患者组织芯片的组化染色，团队发现UBE2F水平与mTOCR1活性（p-S6水平）呈正相关，且UBE2F和p-S6同时高表达的患者预后明显更差。这些发现充分证明UBE2F在肝癌发生过程中充当促癌蛋白角色，是潜在的药物靶点。总之，该研究揭示了1）UBE2F-SAG/E2-E3轴通过拟素化修饰RHEB，促使其活溶酶体定位，进而激活mTORC1、抑制细胞自噬并促进肝癌发生发展的分子机制；2）RHEB是UBE2F-SAG轴另一个生理水平拟素化修饰重要新底物，为靶向UBE2F-SAG轴治疗非酒精性脂肪肝病及肝癌提供了理论依据。本文第一作者为浙江大学医学院附属第二医院的博士后张凤梧，浙江大学医学院附属第二医院肿瘤研究所和浙江大学转化医学研究院孙毅教授以及浙江大学医学院附属第一医院和浙江大学转化医学研究院的赵永超为本文的通讯作者。https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44318-024-00353-5
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1. Zhang, S., et al., Protein neddylation and its role in health and diseases. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2024. 9(1): p. 85.
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6. Xu, C., et al., Hepatic neddylation deficiency triggers fatal liver injury via inducing NF-κB-inducing kinase in mice. Nature communications, 2022. 13(1): p. 7782.
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