Piotr Draczkowski, Szu-Ni Chen, Ting Chen, Yong-Sheng Wang, Hsin-An Shih,
Jessica Y. C. Huang, Ming-Chieh Tsai, Shu-Yu Lin, Steven Lin, Rosa Viner,
Yuan-Chih Chang, Kuen-Phon Wu, and Shang-Te Danny Hsu
Nature Communications, 2025, 16:9094

中央研究院 生物化學研究所 徐尚德研究員

蛋白質品質控制是細胞維持穩態的核心機制，而泛素-蛋白酶體系統 (UPS) 負責標記並降解受損或老化的蛋白。過去主流觀點多著重於均質性、以 K48 連結的線性泛素鏈作為蛋白酶體辨識與降解的主要訊號。然而，近年研究顯示分支型 (branched) 泛素鏈在蛋白穩定性維持、訊號調控與細胞命運決定中具有不可忽視的重要性。但由於其結構與拓樸高度複雜，且缺乏能同時解析鏈型、數量與三維構型的技術，其被蛋白酶體辨識的分子機制一直是UPS領域的關鍵缺口。中研院生化所徐尚德研究員團隊結合冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）、Ub-AQUA 絕對量化質譜與交聯質譜（XL-MS），成功取得人類蛋白酶體與 K11/K48 分支型泛素鏈的高解析度三維結構，首次在原子層級明確界定分支點與整體拓樸，並揭示蛋白酶體如何「讀取」此類複雜泛素訊號。Ub-AQUA 的定量能力有效確認不同泛素接點的化學組成與比例，排除傳統質譜可能產生的鏈型判讀誤差，使得「結構 + 拓樸 + 定量」成為破解此問題的關鍵策略。

研究進一步發現，蛋白酶體次單元 RPN2 含有先前未被發現的 K11 專一性結合位點，並與RPN10、RPN8、RPT4/RPT5等形成多價辨識介面，使蛋白酶體能以高親和力與高度專一性辨識分支型泛素鏈，大幅提升受質降解效率。此研究填補了分支型泛素鏈被蛋白酶體辨識機制的長期空白，並為理解細胞如何透過多樣化泛素密碼調控蛋白品質與訊息傳遞提供關鍵結構基礎。該成果獲《Nature Communications》選為 Highlight Article，彰顯其在 UPS 研究中的重大影響。研究由徐尚德、吳昆峯與凌嘉鴻博士合作完成，並獲中研院冷凍電顯與質譜核心設施支持。