分享一篇发表在Nat. Chem. Biol.上的文章，题目为“Highly specific intracellular ubiquitination of a small molecule”，通讯作者是来自加州大学旧金山分校医学系的Jonathan M. L. Ostrem教授，他们团队的研究方向聚焦于使用化学生物学方法开发新的癌症治疗模式。这篇文章中，作者报道了一种合成小分子在细胞中直接泛素化，导致泛素-蛋白酶体系统的广泛抑制。

作者在面向多样性的合成（DOS）产生的小分子文库中鉴定到BRD1732，该分子在多种表型筛选中具有立体选择性活性，在癌症和永生化细胞系中具有广泛的细胞毒性。改变BRD1732上的立体中心会显著降低其活性，说明该分子通过与大分子的直接相互作用发挥功能。随后作者进行了全基因组CRISPR-Cas9耐药性筛选，确定BRD1732的细胞毒性的分子机制依赖于E2泛素结合酶UBE2L3以及E3泛素连接酶RNF19A和RNF19B。

在检测BRD1732对泛素-蛋白酶体系统的影响时，作者发现用BRD1732处理细胞会导致单泛素和二泛素的积累，并且单泛素会出现微小的凝胶位移。将泛素纯化后进行质谱分析，结果显示BRD1732处理细胞得到的泛素质量偏大387 Da，与泛素和BRD1732的共价加合物质量匹配。进一步将泛素在胰蛋白酶消化后进行质谱表征，检测到对应Gly-Gly-BRD1732质量的片段离子。并且，向BRD1732的仲胺基团上引入甲基会阻止泛素-BRD1732偶联物的积累。以上结果证明BRD1732在细胞内通过仲胺与泛素C端甘氨酸偶联发生直接泛素化。

接着，作者通过敲除和过表达实验证明BRD1732在细胞中的泛素化依赖于UBE2L3和RNF19。并通过蛋白质组学分析等多种方式证明，BRD1732被UBE2L3和RNF19泛素化所得的泛素-BRD1732偶联物积累导致泛素依赖性蛋白酶体降解系统的广泛抑制。

总的来说，这篇文章中作者发现了一种合成小分子在细胞中发生直接泛素化，并抑制泛素-蛋白酶体降解系统。

本文作者：LCX

责任编辑：LZ

DOI：10.1038/s41589-025-02011-1

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-02011-1