邹卫国研究组发现泛素连接酶Cdh1通过促进Gsc泛素化调节颅面部发育

        4月29日，国际学术期刊《细胞研究》（Cell Research）在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所邹卫国研究组与美国哈佛大学医学院Wenyi Wei研究组的合作论文“Cdh1 regulates craniofacial development via APC-dependent ubiquitination and activation of Goosecoid”。该研究发现细胞周期末期促进复合物调节亚基Cdh1能够促进转录因子Goosecoid （Gsc）的泛素化并激活Gsc，从而调节颅面部发育。

 

        颅面部发育异常（Craniofacial anomalies, CFAs）以颅骨和面部骨骼发育缺陷为主要特征，是婴幼儿死亡以及儿童发育畸形的主要原因。已有研究表明，遗传因素和环境因素都能导致颅面部发育异常。约100种颅面部发育畸形的遗传因素尚未确定。Gsc是颅面部发育中的关键转录因子。2011年邹卫国研究员在哈佛大学公共卫生学院博士后工作期间，在国际学术期刊《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）发表第一作者文章 ‘The E3 ubiquitin ligase Wwp2 regulates craniofacial development through mono- ubiquitination of Goosecoid’，揭示了泛素连接酶Wwp2能够通过单泛素化Gsc从而促进颅面部发育，表明蛋白的泛素化修饰在颅面部发育中起重要作用。

 

        泛素连接酶复合体APC/Cdh1（其中，APC为细胞周期末期促进复合物，anaphase promoting complex)是经典的细胞周期末期促进复合物，能够通过降解关键的细胞周期调控因子CyclinA、CyclinB等确保细胞周期的有序进行。Cdh1是细胞周期末期复合物调节亚基，能够识别包含D-box序列（RxxLxxxN）的底物蛋白。在邹卫国研究员和魏文毅研究员的指导下，博士研究生邵瑞、刘甲等发现Gsc包含有一个能够被Cdh1识别的D-box。进一步的研究发现，与Wwp2相似，Cdh1能够与Gsc发生直接相互作用并促进Gsc发生单泛素化，进一步增强Gsc的转录活性，调节软骨发育重要转录因子Sox6等基因的表达。研究组进一步构建了Cdh1颅面部特异性基因敲除小鼠（Wnt1-Cre; Cdh1 ^F/F），发现敲除小鼠出现颅面发育畸形表型：吻部变短，头骨出现圆顶，并且鼻子扭曲。这个表型和Wwp2基因敲除小鼠类似。研究组进一步构建了Cdh1 基因与Wwp2基因的双半敲小鼠，发现单半敲小鼠没有颅面部发育的表型，但是双半敲小鼠出现明显的颅面部发育畸形（图1a），提示Cdh1可以和Wwp2协同作用，调节颅面部发育（图1b）。上述研究表明颅面部发育受泛素连接酶Cdh1和Wwp2介导的GSC泛素化调节，在颅面部发育系统里建立了一个包括Cdh1-Gsc-Sox6在内的信号通路。此研究揭示了Cdh1在细胞周期调控以外的新功能，并进一步证明颅面部发育关键转录因子Gsc的泛素化对于其发挥功能有重要作用，表明蛋白泛素化修饰在颅面部发育过程中起重要作用，对于进一步寻找颅面部发育畸形以及骨发育新的调节因子有指导意义。

 

        该项工作得到美国H. Lee Moffitt 肿瘤研究中心万里昕博士、西安交通大学刘健康博士的大力协助。西班牙国家肿瘤研究中心Marcos Malumbres博士提供了Cdh1条件敲除小鼠。该项研究得到了来自科技部973计划，自然科学基金委面上项目以及美国NIH RO1基金的资助。该工作的数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心动物实验技术平台和分子生物学技术平台的支持。

图1：a，Cdh1 基因与Wwp2基因的双半敲小鼠出现颅面部发育畸形表型；  b，Cdh1与Wwp2可以与Gsc相互作用并促进其泛素化，从而激活Gsc，调节颅面部发育。（图片由邹卫国研究组提供）