在細(xì)胞內(nèi)，蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)和降解是一個精密調(diào)控的過程,。如果蛋白質(zhì)不能及時降解,，可能會導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病,、癌癥等多種疾病發(fā)生,。然而,，蛋白質(zhì)是如何被細(xì)胞識別并標(biāo)記為需要降解的呢,？快隨小 M 一起來看下~

泛素化修飾是我們相對熟悉的蛋白降解修飾,，但據(jù)報道,，體內(nèi)有超過 700 多種蛋白修飾，這些修飾在蛋白穩(wěn)態(tài)中的作用仍需進(jìn)一步探索,。

近期,，發(fā)表在 Nature 上的一項研究揭示了一種全新的蛋白質(zhì)降解機(jī)制：SCF-FBXO31 復(fù)合體識別 C 端酰胺 (CTAPs) 標(biāo)記蛋白質(zhì)，促使其通過蛋白酶體降解^[1],。這一發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)調(diào)控的理解,，還可能為未來的疾病治療提供新的思路。

01C 端酰胺為降解信號C-TERMINAL AMIDE AS A DEGRADATION SIGNAL

過去,，科學(xué)家們認(rèn)為蛋白質(zhì)降解主要依賴于泛素-蛋白酶體系統(tǒng) (UPS),，其中蛋白質(zhì)的降解標(biāo)簽通常是通過特定的翻譯后修飾 (如泛素化) 來完成的。然而,，這項研究表明,，蛋白質(zhì)的 C 端酰胺修飾本身就可以作為降解信號。這意味著,，某些蛋白質(zhì)在合成或損傷后,，只要其 C  端帶有酰胺，就會被細(xì)胞快速清除,。

研究人員通過構(gòu)建半合成熒光蛋白報告系統(tǒng),，系統(tǒng)性地分析了不同修飾對蛋白質(zhì)降解的影響。他們發(fā)現(xiàn),，C 端酰胺化的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的降解速率明顯快于未修飾的蛋白,。

圖 1. 具有 c 端酰胺的蛋白質(zhì)被泛素蛋白酶體系統(tǒng)選擇性地降解^[1]。

a. 基于 sfGFP 的攜帶 c 端酰胺的半合成報告蛋白示意圖,。b. 通過將報告蛋白電穿孔入人細(xì)胞系,，熒光細(xì)胞內(nèi)報告蛋白試驗來區(qū)分修飾的氨基酸降解（MAADs）和中性修飾。c. 蛋白末端攜帶 CONH2 和不攜帶 CONH2 在細(xì)胞內(nèi)對 sfGFP 偶聯(lián)物的熒光報告試驗結(jié)果,。d. 在 HEK293T 細(xì)胞中的熒光報告實驗結(jié)果,。

02 FBXO31: 識別者  FBXO31: THE RECOGNIZER

為了找到識別 C 端酰胺修飾的關(guān)鍵因子，研究團(tuán)隊利用 CRISPR 篩選技術(shù),，最終鎖定了 FBXO31 蛋白,。FBXO31 是 SCF 復(fù)合體 (SKP1-CUL1-F-box 蛋白) 的一個底物受體，它能夠特異性地識別 C 端酰胺并介導(dǎo)其泛素化,。

進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)生物學(xué)分析顯示,，F(xiàn)BXO31 具有一個特異性結(jié)合 C 端酰胺的口袋。這個結(jié)合口袋通過氫鍵和疏水作用與 C 端酰胺結(jié)合,，而未修飾的 C 端羧酸由于缺乏必要的氫鍵作用,，無法與 FBXO31 結(jié)合。這一機(jī)制確保了 FBXO31 只靶向 C 端酰胺化蛋白,，而不會誤識別正常蛋白,。

圖 2. CRISP 篩選鑒定 SCF-FBXO31 作為 CTAP 清除因子^[1]。

a. 全基因組 CRISPR 篩選示意圖,，以確定 CTAP 清除所需的基因,。b. CRISPR 篩選結(jié)果。c.在 FBXO31 敲除和對照細(xì)胞中 sfGFP 降解時間對比,。d. 熒光偏振實驗結(jié)果,。e. 用 sfGFP-pep1 和 mCherry-pep2 進(jìn)行體外泛素化檢測。

03 FBXO31 的作用  THE ROLE OF FBXO31

研究還發(fā)現(xiàn),，C 端酰胺主要形成于蛋白質(zhì)氧化損傷之后,。例如，在過氧化氫（H₂O₂）等氧化應(yīng)激條件下,，某些蛋白質(zhì)會發(fā)生斷裂,，其新形成的 C 端往往會帶有酰胺修飾。這些酰胺化蛋白隨后被 FBXO31 識別,，并通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)進(jìn)行降解,。

這一發(fā)現(xiàn)表明，F(xiàn)BXO31 可能是細(xì)胞對抗氧化應(yīng)激的重要防御機(jī)制之一,。通過清除受損蛋白,，F(xiàn)BXO31 能夠幫助細(xì)胞維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，防止有害蛋白聚集,。

圖 3. 氧化蛋白損傷引發(fā)體外 CTAP 的形成^[1],。

a. 氧化損傷導(dǎo)致體外 CTAP 的形成。b. 基于質(zhì)譜/質(zhì)譜法測定血紅蛋白中 CTAP 的體外形成,。c. 在公開的人類蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)中檢測到的 CTAP 與體外氧化損傷的比較,。

04FBXO31 變異與疾病FBXO31 MUTATIONS AND DISEASES

有趣的是，該研究還揭示了一種與神經(jīng)疾病相關(guān)的 FBXO31 突變體——D334N 突變,。攜帶此突變的 FBXO31 失去了對 C 端酰胺的特異性,，反而開始錯誤地靶向其他蛋白。這種錯誤識別會導(dǎo)致關(guān)鍵細(xì)胞蛋白的異常降解，從而影響細(xì)胞生存,。

D334N 突變已被發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)發(fā)育障礙,、腦癱等疾病相關(guān)。這表明,，F(xiàn)BXO31 及其調(diào)控的 C 端酰胺降解通路可能在神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控中發(fā)揮重要作用,。

圖 4. D334N 突變破壞 FBXO31 對 CTAP 的識別^[1]。

05 小結(jié)  CONCLUSION

本研究首-次揭示了 C 端酰胺作為蛋白質(zhì)降解信號的作用,，并發(fā)現(xiàn) FBXO31 是該信號的關(guān)鍵識別因子,。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對蛋白質(zhì)降解機(jī)制的理解，還可能在未來的神經(jīng)疾病,、癌癥和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)研究中發(fā)揮重要作用,。

隨著對 FBXO31 及其相關(guān)通路研究的深入，我們或許能夠開發(fā)出新型靶向降解藥物,，為疾病治療帶來革命性的突破,。未來，針對 FBXO31 的精準(zhǔn)調(diào)控或?qū)⒊蔀榈鞍追€(wěn)態(tài)調(diào)控領(lǐng)域的重要研究方向,。

[1] Muhar MF, et al. C-terminal amides mark proteins for degradation via SCF-FBXO31. Nature. 2025 Feb;638(8050):519-527.