Nat Commun丨苏明媛组揭示底物介导的COP1-DET1 E3泛素连接酶结构重排机制|介导|复合物|底物|泛素|苏明媛|蛋白

蛋白质稳态调控主要是通过自噬 - 溶酶体降解途径和泛素 - 蛋白酶体降解途径将异常蛋白及时清除来实现。其中泛素-蛋白酶体系统（UPS）通过将错误折叠的蛋白被泛素标记，随后由蛋白酶体识别并降解。 UPS 是细胞内选择性降解的主要途径，参与调控细胞周期和信号转导等生命过程。作为 E3 泛素连接酶的 COP1 （组成型光形态发生因子 1 ），在多种动植物中均有发现，其介导的泛素化降解机制也高度保守。在人类细胞中， COP1 与 DET1 等组成 CRL4 DET1-COP1 复合物，通过降解 p53 、 c-Jun 、 ETS2 、 ETV5 等转录因子参与细胞增殖与肿瘤发生调控。如饶枫课题组于 2020 年报道代谢物 IP6 调控 CRL4 泛素连接酶活性的生化基础【1】（详见 BioArt 报道：）， 2021 年有关 CRL4 COP1 -ETV5 蛋白降解通路参与胰岛β细胞葡萄糖感知和胰岛素分泌的功能【2】（详见 BioArt 报道：）以及 2023 年有关 CRL4 COP1 -p53 信号轴感知环境葡萄糖丰度，动态调整 p53 蛋白水平，揭示糖尿病等代谢性疾病促癌的重要机制【3】（详见 BioArt 报道：）。尽管该复合物的生理功能已明确，但其组装方式、底物识别机制及活性调控的结构基础长期未被解析，成为泛素化领域的关键科学问题。

2026 年 1 月 15 日 , 南方科技大学医学院生物化学系苏明媛课题组在 Nature Communications 上发表了题为：

Cryo-EM structure of the human COP1-DET1 ubiquitin ligase complex

的研究。该研究首次报道了人类COP1-DET1 E3泛素连接酶复合物的冷冻电镜结构，揭示了底物诱导E3复合物从非活性的层叠式组装转变为二聚体活性状态的分子机制。

研究团队运用冷冻电镜技术成功解析了 COP1-DET1 复合物的高分辨率结构，揭示了这一复合物独特的两面性。在非活性状态下， COP1-DET1 E3 泛素连接酶复合物形成高度有序的多层堆叠结构，从顶部视角来看呈现为“六角飞镖” 形状，相邻层之间大约旋转 50 - 70 °（图1A）。每一层均由约 412 Å 长度的对称亚基组成，包含八个 COP1 分子以及两个 DDD-E2 （ DDB1-DDA1-DET1-Ube2e2 ）复合物（图1 B）。每层的 COP1 通过其卷曲螺旋 (coi led-coil) 结构相互缠绕，形成稳定的组装体。 DET1 作为结构支架，连接 COP1 和 DDD 及 Ube2e（图1 C-D）。每一层中的 COP1 WD40 结构域均朝上排列，而其卷曲螺旋结构则朝下放置，依次堆叠在相邻层中 COP1 分子的 WD40 结构域之上（图1 B）。这种独特的排列方式促成了叠层结构的形成，使其底物结合位点 - WD40 结构域被遮蔽，从而抑制泛素化活性。

图 1 底物介导的 COP1-DET1 E3 ligase 复合体组装改变

当 COP1 的底物（如 c-Jun 或 ETS2 ）存在时， COP1-DET1 复合物从非活性的堆叠状态转变成活性二聚体状态。底物结合破坏了 COP1-DDD-E2 复合物的多层堆叠结构，触发 COP1 通过卷曲螺旋结构域形成两个 COP1-DDD-E2 的菱形二聚体（长约 265 Å ），从而暴露出其 WD40 结构域顶部的底物结合位点。此外，通过序列比对与体外 pulldown 实验验证， COP1 的 WD40 结构域顶部 K472-H578-Y491 残基是识别底物 VP 基序的核心位点，突变这些残基可完全阻断 COP1 与 c-Jun 的相互作用。这一结构重排是该复合物激活的关键开关，确保底物能够接近催化中心。通过体外泛素化级联反应实验验证发现，在整个 DDD-E2-COP 1 复合物中， DET1 作为支架蛋白具有双重作用。首先其招募 E2 酶 Ube2e2 完成底物的初始泛素化修饰；随后通过其与 DDB1 结合进而招募 CULLIN4-RBX1 复合物，进一步招募 E2 酶 Ube2d3 ，实现泛素链的高效延伸。这一两步反应模式确保底物被精准标记并最终被蛋白酶体降解。

综上，这些结果揭示了CRL4DET1-COP1复合物通过动态构象变化响应底物信号的调控机制，为理解E3连接酶的活性调节及泛素化特异性提供了全新视角。

南方科技大学医学院苏明媛副教授为通讯作者，该研究得到香港中文大学（深圳） Goran Stjepanovic 教授、南科大生科院饶枫教授的参与合作。

苏明媛课题组连接： https://www.sustech.edu.cn/zh/faculties/su-ming-yuan.html

饶枫课题组连接： https://faculty.sustech.edu.cn/raof/

Gora n Stje panovic 课题组连接 : https://www.stjepanoviclab.org/

苏明媛课题组长期致力于用结构生物学、分子生物学和生物化学方法深入探究蛋白质稳态调控的分子机制，特别关注在溶酶体通路和泛素蛋白酶体降解系统中相关蛋白复合物的作用机制。现因发展需要，公开招聘有生化、细胞和神经生物学相关背景的博士后和科研助理。欢迎有意向者投递简历。

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原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68375-7

制版人：十一

参考文献

1. H. Lin et al., Basis for metabolite-dependent Cullin-RING ligase deneddylation by the COP9 signalosome.Proc Natl Acad Sci U S A117, 4117-4124 (2020).

2. H. Lin et al., IP(6)-assisted CSN-COP1 competition regulates a CRL4-ETV5 proteolytic checkpoint to safeguard glucose-induced insulin secretion.Nat Commun12, 2461 (2021).

3. Y. Su et al., Glucose-induced CRL4(COP1)-p53 axis amplifies glycometabolism to drive tumorigenesis.Mol Cell83, 2316-2331 e2317 (2023).

学术合作组织

（*排名不分先后）