摘要：Science Advances上合作发表了题为Mechanism of D-type cyclins recognition by the AMBRA1 E3 ligase receptor的研究论文。该研究利用单颗粒冷冻电镜技术，成功解析了DDB1-AMB
2 025 年 5 月 23 日，香港中文大学 ( 深圳 )GoranStjepanovic团队与南方科技大学医学院生化系苏明媛课题组在
Science Advances上合作发表了题为Mechanism of D-type cyclins recognition by the AMBRA1 E3 ligase receptor的研究论文。该研究利用单颗粒冷冻电镜技术，成功解析了DDB1-AMBRA1识别cyclin D1-CDK4复合物的结构，从结构角度详细揭示了DDB1-AMBRA1 E3连接酶受体复合物在调控D型细胞周期蛋白的稳定性以及细胞增殖过程中的机制。AMBRA1 是一种肿瘤抑制因子，通过 作为 泛素 连接酶 的底物受体调控 D 型细胞周期蛋白的稳定性与细胞增殖。本研究解析了分辨率为 3.55 Å 的 D 型细胞周期蛋白 cyclin D1 与 AMBRA1-DDB1 复合物的冷冻电镜结构，揭示 AMBRA1 WD40 结构域特异性识别 cyclin D1 C 末端磷酸化区域（ Thr286 ）。该机制依赖磷酸化信号形成的独特构象，并促进其与 AMBRA1 的结合。此外， AMBRA1 结合缺陷突变体会导致 cyclin D1 积累和 DNA 损伤。本研究加深了对细胞周期调控的理解，并为相关癌症治疗提供新思路 。
为了阐明 AMBRA1 的底物识别机制，研究者 共表达 cyclin D1-CDK4 与 AMBRA1 WD40 -DDB1 复合物，并利用冷冻电镜解析了分辨率为 3.55 Å 的 DDB1-AMBRA1 WD40 -cyclin D1-CDK4 结构。分析显示， cyclin D1 的 C 末端磷酸化降解信号基序（转角和 3 10 螺旋）与 AMBRA1 WD40 底物结合界面相互作用，促进 E3 泛素连接酶对底物的泛素化，调控 D 型细胞周期蛋白的降解与细胞周期进程。此外， AMBRA1 WD40 结构域通过独特特征特异性识别 cyclin D1 的 C 末端磷酸化信号，依赖疏水作用、氢键和静电相互作用。具体而言， pThr286 与 AMBRA1 WD40 的 R96 、 H75 侧链及 T97 主链 NH 形成氢键，疏水残基（ V290 ， V293 ， I295 ）与 WD40 的疏水口袋（ F57 、 W99 ）相互作用稳定结合，静电表面势则促进 I295 羧基结合。突变分析表明，关键残基 （ F57 、 H75 、 R96 、 W99 ）的突变可完全破坏 AMBRA1 与 cyclin D1 的互作，证明 pThr286 结合位点和疏水口袋对两者结合至关重要 。
图1. DDB1-AMBRA1WD40-cyclinD1-CDK4蛋白复合物纯化及结构解析
研究者接着探讨了细胞周期蛋白 cyclin D1 与 AMBRA1 相互作用对 U2OS 细胞 DNA 损伤的影响。前期研究发现， AMBRA1 缺失会显著增加细胞增殖、 S 期富集和复制压力导致 DNA 损伤，而 CHK1 抑制剂 AZD7762 处理细胞会进一步加剧这些效应。在 U2OS 细胞中，研究者通过 siRNA 敲低 AMBRA1 ，发现 cyclin D1 表达水平升高，并且在 AZD7762 处理的细胞中 DNA 损伤显著增加。在回补实验中，野生型 AMBRA1 的表达能降低 cyclin D1 的表达水平并恢复细胞表型，而 AMBRA1 的 cyclin D 1 关键结合位点（ F57 、 W99 、 H75 和 R96 ）突变则无法降低 cyclin D1 的表达，也不能恢复细胞的内源性 DNA 损伤。
图2. AMBRA1 的cyclinD1结合突变体导致DNA损伤
综上所述， AMBRA1 WD40 结构域以磷酸化依赖的方式与 D 型细胞周期蛋白互作并介导其泛素化降解，从而调控 D 型细胞周期蛋白水平，在防止复制压力和维持基因组稳定性中发挥至关重要的作用。这些发现强调了 AMBRA1 在细胞周期调控和维持基因组稳定性中的核心地位，并为理解其在癌症发生中的潜在机制提供了重要见解。
D 型细胞周期蛋白（ Cyclin D1 、 D2 、 D3 ）的过表达常与癌症发生相关。 AMBRA1 通过与 CRL4 E3 连接酶的互作调控 D 型细胞周期蛋白的稳定性，防止其过度积累导致恶性细胞增殖。本研究解析了 DDB1-AMBRA1 WD40 -cyclinD1-CDK4 复合物的结构，揭示 AMBRA1 WD40 结构域是识别 D 型细胞周期蛋白的关键元件，其与 DDB1 的互作对泛素化降解 cyclin D1 至关重要。 AMBRA1 通过磷酸化依赖的方式识别 cyclin D1 的 C 末端，该机制对 D 型细胞周期蛋白具有普适性。 CRL4 AMBRA1 复合物在靶向 D 型细胞周期蛋白进行泛素化和降解过程中发挥关键作用，其活性对细胞周期控制至关重要。在癌症治疗中，靶向 DDB1-AMBRA1-cyclin D1 复合物可增强 cyclin D1 的降解，提高 CDK4/6 抑制剂疗效，克服耐药性并改善治疗效果。本研究为理解AMBRA1在细胞周期调控中的作用提供了新见解，并为开发针对E3连接酶复合物的小分子药物提供了结构基础，为治疗细胞周期蛋白失调相关疾病提供了潜在方法。
香港中文大学（深圳）医学院科比尔卡创新药物研究院助理教授 Goran Stjepanovic 和南方科技大学医学院生化系苏明媛副教授为该论文的共同通讯作者。香港中文大学（深圳）博士后王洋和博士生刘明为该论文的共同第一作者 。
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，特别关注在自噬、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，公开招聘具有细胞生物学或结构生物学背景的博士后。欢迎有意向的人士咨询。
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来源：大宝聊科学
