WWP1通过与Hrd1相互作用对ERAD及其介导的细胞凋亡的影响

Endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) is a principle mechanism for the misfolded protein degradation and the cell quality control. During the ERAD process, the ubiquitin ligase Hrd1 forms a pore structure and interacts with many proteins, which is an important pathway for the reverse transport of the misfolded protein from the endoplasmic reticulum lumen to the cytoplasm and degradation. IRE1a is one of the endogenous substrates of Hrd1. ER stress promotes the separation of IRE1a from Hrd1 and initiates apoptosis. Therefore, Hrd1 is also closely related to ERAD-induced apoptosis. We found that the ubiquitin ligase WWP1 interacts with Hrd1 and enhances its stability by inhibiting ubiquitination of Hrd1. WWP1 is overexpressed in most breast cancer tissues. We proposed that WWP1 may cause ERAD dysfunction by stabilizing Hrd1, resulting in the accumulation of misfolded proteins. Meanwhile, the stabled Hrd1 decreases IRE1a protein level and inhibits apoptosis. WWP1 may be an important mechanism to maintain Hrd1 homeostasis. The mechanism of the interaction between two ubiquitin ligases and their physiological significance is still incomplete. We aimed to reveal the molecular mechanism of the interaction between WWP1 and Hrd1 and its effect on ERAD and ERAD-induced apoptosis.

内质网相关降解（ERAD）是降解错误蛋白、控制细胞质量的重要机制。在ERAD过程中，泛素连接酶Hrd1形成孔道结构，并与多种蛋白作用，是错误蛋白从内质网逆转运到细胞质并被泛素化降解的重要途径。IRE1a是Hrd1的内源底物之一。内质网应激促使IRE1a与Hrd1分离启动细胞凋亡。因此，Hrd1与ERAD介导的细胞凋亡也密切相关。我们发现泛素连接酶WWP1与Hrd1相互作用，通过抑制Hrd1的泛素化增强其稳定性。WWP1在大多数乳腺癌组织中高表达，我们分析WWP1可能过度稳定Hrd1使ERAD功能异常，造成错误蛋白的积累，同时稳定的Hrd1降低IRE1a蛋白水平，抑制细胞凋亡。WWP1可能是维持Hrd1动态平衡的重要机制。人们对两个泛素连接酶相互作用机制及其生理意义的研究还很不全面，我们旨在揭示WWP1与Hrd1相互作用的分子机制，以及其对ERAD及ERAD介导的细胞凋亡的影响。

泛素化属于蛋白翻译后修饰，由泛素连接酶介导，将底物蛋白共价结合多聚泛素链后送到蛋白酶体降解。泛素化系统的异常是导致许多疾病产生的发病机理，如恶性肿瘤，神经退行性疾病和病理性炎症免疫应答等。.E3泛素蛋白连接酶WWP1基因的染色体区域在癌症中经常高拷贝。分析wwp1在各肿瘤组织中的基因和蛋白表达水平，基因数据从TCGA下载，蛋白数据从CPTAC下载，发现WWP1在基因和蛋白水平的表达并非一致，基因水平的高表达表现出促癌，可能与染色体的异常有关，而WWP1在大部分肿瘤组织中蛋白水平表现出低表达。分析8种肿瘤组织，与正常癌旁组织相比，WWP1在乳腺癌、子宫内膜癌、胰腺癌这三种肿瘤组织中蛋白表达水平无明显差异，在透明细胞肾细胞癌、肺腺癌、头颈部鳞状细胞癌、多形性胶质母细胞瘤和肝细胞癌这五种肿瘤组织中均表现出明显下降。特别地，WWP1在透明细胞肾细胞癌和头颈部鳞状细胞癌中的蛋白水平高表达能明显提高患者的生存期。因此，WWP1蛋白水平的高表达更多地表现出抑癌的特性，是一种候选的抑癌因子。.WWP1位于细胞质和膜结构，N端具有C2磷脂结合结构域，可能是能定位细胞膜的基础，中部具有常与PY基序结合的WW结构域。搜索具有PY基序的膜蛋白，找到一个感兴趣的蛋白质Hrd1。Hrd1也是一种E3泛素蛋白连接酶，位于内质网膜上，是一种细胞抗凋亡因子。.免疫共沉淀实验证明WWP1的WW结构域与Hrd1的脯氨酸富集结构域存在很强的相互作用，说明WWP1和Hrd1可能是通过这两个结构域结合而相互作用。泛素化实验证明提高WWP1的蛋白表达水平能增强Hrd1的泛素化水平，说明Hrd1能被WWP1泛素化。.在肺腺癌、头颈鳞状细胞癌和肝癌这三种肿瘤组织中，WWP1在蛋白水平的下降同时也伴随着Hrd1蛋白水平的上升。在克隆形成和划痕实验中，过表达WWP1在乳腺癌细胞系MCF7中未表现出明显的作用，但在肝癌细胞系Hep3B、MHCC97H和肺癌细胞系A549、H446中，过表达WWP1抑制Hrd1的表达，减少克隆的形成，减慢划痕愈合。Hrd1在这两个细胞系中能进一步与抑癌因子PTEN和Sirt2结合作用，高表达Hrd1促进肿瘤细胞的生长。因此，WWP1可能通过泛素化抑制Hrd1起到抑癌作用。