PNAS：智力障碍基因HUWE1的“导航故障”，四川大学贾大/雍鑫发现非催化变异让蛋白找不到线粒体

含HECT、UBA和WWE结构域的蛋白1（HUWE1）是一种大的（约480 kDa）且进化保守的HECT型泛素连接酶，其直系同源物存在于从果蝇和秀丽隐杆线虫到哺乳动物中。HUWE1通过对多种靶标的泛素化贡献于多个细胞系统，这些靶标包括p53、c-Myc、MCL-1和DDIT4。

通过调控底物的稳定性，HUWE1调控转录、DNA损伤应答以及细胞存活与细胞死亡之间的决定。HUWE1还标记未组装蛋白和游离组蛋白以进行降解，这将其与一般蛋白质质量控制和基因组完整性维持联系起来。通过这些综合活动，HUWE1已成为细胞内稳态的重要协调者和正常神经发育所必需的因素。

E3连接酶HUWE1的异常调控已在多种人类疾病中被报道，包括癌症、神经系统综合征和免疫相关疾病。其在神经系统中的重要性由其与X连锁智力障碍（XLID）的关联所突显，受影响的个体通常表现出认知损害以及语言和运动发育延迟。

近期结构研究表明，HUWE1采用一种大型构象动态的环状结构，由四个犰狳重复样结构域（ARLD1-4）和围绕催化HECT结构域的多个调节模块组成。该环状结构的正确组装对HUWE1功能至关重要，因为它协调底物识别和酶活性。XLID相关的HUWE1变异可大致分为两类。

一类包括直接损害催化功能的突变，例如影响HECT结构域、泛素和底物结合模块的变异，或改变整体环状结构的变异，如F3194S。相比之下，第二类疾病相关变异聚集在N端ARLD1区域内，且在体外并不显著改变整体酶活性。例如，XLID相关变异H669Q尽管与神经发育疾病相关，但仍保留正常的E2释放和泛素化活性。

催化变异突变的疾病机制已明确，但非催化变异本身是否具有致病性，以及如果是，它们如何促成疾病，仍不清楚。

图1.HUWE1-RMC1通路的工作模型及尿素自噬靶向治疗（摘自PNAS ）

AMBRA1已被鉴定为HUWE1的上游辅因子，促进HUWE1易位至受损线粒体并促进HUWE1依赖性的线粒体底物调控。已知AMBRA1与多种线粒体蛋白相互作用，包括BCL-2、MAVS和ATAD3A。然而，AMBRA1控制HUWE1招募和活性的分子机制仍未被完全理解。

在此，作者鉴定了一条AMBRA1–RMC1–HUWE1轴，其将泛素信号传导与线粒体稳态和神经发育偶联。RMC1（在果蝇中也称为C18orf8或Bulli）与Mon1和Ccz1形成三聚体复合物。该三聚体复合物充当Rab7的鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF），是内溶酶体和线粒体功能的关键调控因子。

AMBRA1作为上游线粒体支架发挥作用，促进RMC1–Mon1–Ccz1模块在线粒体上的组装，从而使HUWE1随后被招募和稳定于线粒体位点。RMC1作为一种关键衔接蛋白，将AMBRA1组织的线粒体平台与HUWE1依赖性泛素信号传导相连接。

在功能上，这种空间组织对于线粒体蛋白质质量控制至关重要，因为HUWE1维持关键线粒体调控因子（包括MFN2和VDAC1/2）的泛素化。一致地，疾病相关的HUWE1变异破坏该招募轴，导致线粒体泛素化受损和下游神经发育缺陷。

值得注意的是，Urolithin A——一种已在年龄相关肌肉功能和线粒体健康临床研究中被评估的肠道微生物群衍生代谢物——治疗可部分挽救HUWE1突变斑马鱼中的神经发育表型。这提示增强线粒体质量控制通路可至少部分绕过HUWE1依赖性泛素信号传导的缺陷。

总之，作者的发现定义了一条由AMBRA1组织的线粒体招募平台，该平台将RMC1定位为HUWE1重新定位至线粒体的关键衔接蛋白，从而解释了非催化HUWE1功能的破坏如何导致空间限制的线粒体泛素化缺陷和神经发育疾病。

参考消息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2619864123