UBE2J2感知膜脂饱和度调控内质网相关降解通路的分子机制

本研究揭示了内质网相关降解（ERAD）通路中UBE2J2作为膜脂饱和度传感器的分子机制。研究人员通过重构实验证明，UBE2J2的构象变化受膜脂 packing 调控，进而影响其与E1酶的结合能力和下游E3连接酶（RNF145、MARCHF6、RNF139）的活性。该发现阐明了ERAD系统通过多层调控整合脂质信号的分子基础，对理解膜稳态维持和代谢疾病机制具有重要意义。

生物膜的精密调控是细胞生命活动的基石，而内质网作为细胞中最大的膜性细胞器，其独特的脂质组成（低胆固醇、低饱和脂肪酸含量）对蛋白质合成、脂质代谢等关键功能至关重要。内质网相关降解（ERAD）通路通过泛素-蛋白酶体系统降解内质网中的错误折叠蛋白和脂质代谢酶，从而维持内质网膜的特性。然而，ERAD组分如何感知膜特性并作出响应，其分子机制一直未被阐明。

发表在《Nature Communications》的最新研究通过重构包含纯化ERAD组分的实验系统，揭示了膜组成通过多层面调控泛素化级联反应的新机制。研究发现膜锚定的E2酶UBE2J2可作为脂质 packing 的传感器：在松散 packing 的膜中，UBE2J2因膜结合而失活，阻碍泛素加载；而在紧密 packing 的膜中，它则呈现活性构象并与E1酶有效互作。这种调控机制直接影响E3连接酶（RNF145、MARCHF6、RNF139）的自身泛素化及其底物角鲨烯单加氧酶（SQLE）的降解。此外，研究还发现RNF145能独立感知胆固醇信号，通过改变寡聚化状态调节自身活性。这些发现表明ERAD通过整合多重脂质信号来实现膜稳态的精密调控，其中UBE2J2通过与多个E3连接酶的协同作用，扩展了脂质信号的效应范围。

研究采用多项关键技术：①蛋白质重构技术将纯化的人源ERAD组分重构到特定脂质组成的膜中；②荧光标记与实时监测技术追踪泛素加载过程；③分子动力学模拟（Martini 3力场）分析蛋白-膜相互作用；④交联实验与FRET技术检测蛋白质构象变化；⑤免疫共沉淀验证蛋白相互作用。所有实验均在严格控制脂质组成的蛋白脂质体系统中进行。

UBE2J2在ER样膜中活性受抑

研究人员发现UBE2J2在模拟内质网膜组成的脂质体（低饱和脂肪酸、低胆固醇）中泛素加载速率显著降低，而在去垢剂溶液中则能快速加载。这种抑制效应并非由蛋白错误取向或E1酶活性不足引起，且具有可逆性。相比之下，同家族的UBE2J1在不同膜环境中均保持高效加载能力，表明UBE2J2对膜环境具有特异性响应。

膜特性调控UBE2J2活性

通过系统调整磷脂饱和脂肪酸（SFA）含量，研究发现当SFA含量从10%增加至60%时，UBE2J2的泛素加载效率显著提升。快速动力学分析显示存在快速加载（毫秒级）和慢速加载（分钟级）两种群体，其比例受膜饱和度调控。C-Laurdan荧光探针检测证实脂质 packing 紧密度与UBE2J2活性正相关。值得注意的是，胆固醇的添加对UBE2J2活性的影响有限，表明其主要响应磷脂饱和度而非固醇含量。

脂质 packing 影响UBE2J2构象

有限蛋白酶解实验显示，在松散膜中UBE2J2的N端更易被切割，而在紧密膜中该区域受到保护。FRET和交联实验进一步证实，高饱和度膜中UBE2J2的二聚化倾向增强。有趣的是，通过提高膜中蛋白密度可模拟高饱和度膜的效果，促使UBE2J2形成活性构象，说明蛋白-蛋白相互作用与脂质环境共同调控UBE2J2的活性状态。

UBE2J2通过胞质区感知脂质 packing

结构域替换实验表明，UBE2J2的脂质感应功能主要依赖其胞质区（UBC结构域），而非跨膜段或连接区。分子动力学模拟发现UBC结构域与膜之间存在动态接触，其中M1、M53、F100和F137等残基是关键作用位点。将F137突变为带负电荷的谷氨酸（F137E）可使UBE2J2丧失脂质敏感性，始终维持活性构象。交联实验证实，膜 packing 缺陷会抑制UBE2J2与E1酶的相互作用，而低浓度去垢剂处理或F137E突变均可恢复这种互作。

UBE2J2活性指导泛素化级联下游反应

研究发现UBE2J2与RNF145、RNF139和MARCHF6等E3连接酶协同作用，介导自身泛素化和底物修饰。在高饱和度膜中，所有测试的E3连接酶的自发泛素化水平均显著提升。值得注意的是，这种调控完全依赖膜锚定形式的UBE2J2，可溶性UBE2J2无法传递脂质信号。对于底物SQLE的泛素化研究显示，MARCHF6介导的降解过程同样受膜饱和度调控，且依赖UBE2J2的活性状态。免疫共沉淀实验进一步证实，紧密膜环境中UBE2J2与RNF145的相互作用显著增强。

胆固醇调控E3连接酶RNF145的自身调控

研究发现胆固醇能直接促进RNF145的自发泛素化，这种效应与膜饱和度无关，且不依赖E2酶的类型。机制研究表明胆固醇诱导RNF145发生寡聚化，从而促进分子间（in-trans）自身泛素化。这种调控与UBE2J2介导的脂质饱和度感应形成互补，使ERAD系统能够同时整合多种脂质信号。

该研究揭示了ERAD系统通过多层调控机制感知膜脂环境的新范式：UBE2J2作为脂质 packing 传感器，通过构象变化调控其与E1酶和E3连接酶的相互作用；而RNF145则直接响应胆固醇信号，通过寡聚化调节自身活性。这种分工协作的机制使细胞能够精细调控脂代谢关键酶的稳定性，从而维持内质网膜的特异性组成。研究成果不仅深化了对膜蛋白-脂质相互作用的理解，也为代谢性疾病和膜相关疾病的机制研究提供了新视角。值得注意的是，UBE2J2采用了一种独特的传感机制——其胞质区直接感知膜 packing 缺陷，这与传统的跨膜区传感模式（如IRE1、PERK等）形成鲜明对比，拓展了我们对膜性质感知机制的认识。