COPII涂层大小和功能的泛素依赖性调控

1、COPII涂层大小和功能的泛素依赖性调控(1) 将来自内质网的新合成蛋白质转入到Compo nent of the coat protein complex II(COPII)囊泡中是蛋白质分泌的必要条件。在细胞中，大部分 COPII囊泡的直径大约 60-80 纳米，但其中一些必须增加它们的大小来适应运载较大的蛋白，如300-400纳米的胶原蛋白纤维或乳糜微粒。COPII功能受损会导致胶原沉积缺陷，CLSD ( Cranio-Lenticulo-SuturalDysplasia)或乳糜微粒驻留病 (Chylomicron retention disease)。然而现在科学家们对于 COPII

2、涂层增大的机制还并不清楚。在这篇文章中，研究人员发现了 “泛素连接酶” CUL3-KLHL12 是COPII涂层形成过程中的一个调控因子。CUL3-KLHL12 催化COPII的成分SEC31单泛素化，促进了大 COPII涂层的形成。所以， CUL3 - KLHL12泛素化对胶原质的输出是必不 可少的，然而对小货物(cargo)的运输作用并不明显。研究人员由此推论单泛素化作用调 控了 COPII囊泡的大小和功能。细胞外基质为诸如整合蛋白(integrin )等膜受体提供细胞粘附支架和结合位点， 这对于所有多细胞动物的发育均至关重要。当整合蛋白(integrins)与细胞外基质相结合时，会激发调

3、控细胞形态和分裂的信号级联反应。然而在缺乏功能性细胞外基质的情况下，整合蛋白(integrins )会通过胞吞作用(endocytosis)与质膜分离。在早期发育过程中，整合蛋 白(integrins)与细胞外基质间适当的相互作用起着极为重要的作用，就如同干细胞借助整 合蛋白(integrin )依赖的信号途径维持细胞分裂和生存一样。(3) 细胞外基质的构建需要几种蛋白质，其中就包括它的主要成分胶原蛋白。胶原蛋白在内质网合成后，依赖于 COPII囊泡输送至细胞外，编码COPII蛋白的基因变异会导致胶原沉着缺陷、骨骼畸形和诸如CLSD (Cranio-Lenticulo-Sutural Dysp

4、lasia )等发育性疾病。(4) COPII 囊泡包裹着一层由 SAR1、GTP 酶(GTPase) , SEC23 - SEC24 接头蛋白(adaptor)组成的涂层，SEC13 - SEC31四聚体组成最外层。这些涂层蛋白组装成直径约为60-80纳米的十四面体结构，但这对于需容纳的长度为300-400纳米的前胶原纤维而言无疑太小了。因此细胞内的胶原输送必须有体外自组装反应缺少的因子参与。实际上，TANGO1(也被称为MIA3)和它的配体CTAGE5是通过与胶原和 SEC23 - SEC24相互作用，招募胶原 到新生的COPII涂层。在小鼠中敲除 Tango1会导致与COPII缺失相似的

5、胶原沉积缺陷，人 类TANGO1突变与早发性心肌梗死相关。然而科学家们并不了解 TANGO1调控COPII涂层 大小和使COPII涂层适应大货物的机制。(5) 通过分析小鼠胚胎干细胞(ES)的分裂，研究者已经确定”泛素连接酶” CUL3-KLHL12 是COPII涂层形成过程的一个调控因子。CUL3 - KLHL12 单泛素化SEC31 ,促进了大COPII涂层的形成。因此，CUL3 - KLHL12泛素化是胶原输出的必要条件，对依赖整合蛋白(integrin )的小鼠干细胞(ES细胞)分裂起关键性的作用。研究人员 由此得出结论单泛素化作用调控了COPII囊泡的大小和功能。CUL3调控小鼠干细

6、胞形态(1) 为了提供对特定干细胞分裂网络的深刻理解，研究员们清空小鼠干细胞内的泛素酶， 获得了 CUL3对小鼠干细胞增殖和形态的影响。研究员们发现，如果通过共焦显微镜分析肌 动蛋白和纽蛋白的定位(Fig. 1a)，会看到“泛素连接酶” CUL3缺失能引起小鼠干细胞 (ES 细胞)形成带有显著的肌动蛋白锚索和异常粘附因子的紧凑红细胞群。耗竭UBA3 (类似于E1泛素激活酶)可观察到一个相似的表型，一个活化“泛素连接酶”CUL3的NEDD8 (泛素类蛋白)通路的成分(Supplementary Fig. 1a) 。耗竭CUL3的小鼠胚胎干细胞增殖延缓 (Suppleme ntary Fig. 1

7、b, d)，但仍然保持它们的全能性，就像在表达分析中通过0CT4-碱性磷酸酶染色分化标记物的情况下所看到的一样(Suppleme ntaryFigs 1c, e, f and 2b)。对于小鼠胚胎干细胞正好相反，耗竭CUL3寸成纤维细胞有较弱的影响，尽管以前有报道过能观察到多核化(SupplementaryFig. 1g; ref. 20)。(2) 一些观测表明，小鼠胚胎干细胞的表型是由特定的CUL损耗引起的。首先，一些短的干扰RN/以一种极低的效率与强表型之间的密切相关性，以CUL3W使 RNA勺不同区域为靶标对小鼠胚胎干细胞具有相同的影响，(Suppleme ntaryFig. 2a)。第

8、二，微阵列分析显示siRNA (一种小分子RNA治疗使CUL3mRNA信使RNA剧烈减少，而对其它基因没有显著和 可重现性的影响(Supplementary Fig. 2b)。第三，瞄准相关蛋白的 siRNA,如其它cullins (泛 素化连接酶家族之一)，不会扰乱小鼠胚胎干细胞的形态(Suppleme ntary Fig. 2c)。3T3(3) CUL3耗竭的小鼠胚胎干细胞的异常形态让人想起增加的能触发肌动蛋白丝集成 束的RhoA蛋白GTPase活性。因此，RhoA水平的减少或RhoA蛋白效应激酶ROCK1的抑制使凝结的小鼠胚胎干细胞免遭损失(Suppleme ntary Fig. 3a)

9、。在几种可能性中，在缺之CUL3时，更高的RhoA蛋白活性导致RhoA蛋白的稳定性或有缺陷的整联蛋白信号传输。Mouse ES cellsControlsiCul3ConlrotsiCul3<20/LI_n(JLI 一 A/U 一o<DNAActinMerge图1 ,CUL3调节小鼠胚胎干细胞的形态。a,左边，D3小鼠胚胎干细胞被镀上明胶， 使siRNA 转染到CUL3（ siCul3 ）上，导致细胞集群（相位显微镜，上半部分）和细胞凝结（共焦显微 镜：纽蛋白，绿色；肌动蛋白，红色；DNA，蓝色）。右边，耗竭 CUL3的小鼠3T3成纤维细胞不会引起细胞凝结。相位图原始的放大率为10

10、倍，荧光图像为40倍.b，CUL3需要整合定位到小鼠胚胎干细胞的质膜上。D3小鼠的胚胎干细胞被镀上明胶（前两行），生长因子耗竭的基底膜或IV型胶原。下面，用共焦显微镜（肌动蛋白，红色；整合蛋白bl，绿色；DNA， 蓝色）对CUL3损耗，细胞凝结和整合蛋白定位到质膜进行分析。放大倍数：为X40。（4）RhoA蛋白通过共耗竭所有特定 RhoA蛋白CUL3接头蛋白来保持它的稳定性，如 BACURAs（一个全新的能够和 Cul3相互作用，但功能未知的保守的 BTB蛋白家族），不会影 响小鼠胚胎干细胞的形态（数据未显示）。相比之下，耗竭整联蛋白信号传输通路的成分， 在小鼠胚胎干细胞内表行模拟CUL3的损

11、失（补充图3 b）;CUL3水平的部分减少表明 达沙替尼的综合杀伤力，达沙替尼是作用于整合蛋白活化下游的SRC激酶的一种抑制剂（补充图3 c）；且cul3耗竭的小鼠胚胎干细胞的质膜不存在整合蛋白31。n（5）CUL：可以调节整合素的合成和转运，或者是允许有效的细胞外基质蛋白的沉积 而阻止整合素的内化。为了区分这些可能性， 我们在生长因子缺失的人工基底膜基质培养了小鼠胚胎干细胞以提供一个外源性的细胞外基质。严格的讲，在这些条件下，在cul3缺失的小鼠胚胎干细胞质粒膜上发现整合素3 1且观察不到细胞群。因此， cul3控制小鼠胚胎干细胞中整联蛋白信号，很可能是支持细胞外基质的功能的确立。KLHL1

12、2是小鼠胚胎干细胞中一个关键的CUL；接头蛋白（1） CUL通过接头蛋白与BTB吉构域衔接来招募底物，但是 siRNA途径仍然对小鼠胚 胎干细胞内BTB蛋白有作用。作为分离 CUL3接头蛋白的一个选择性策略，我们利用干细胞调 节阀在胚胎干细胞内高表达的观察报告，但与之不同的是抑制其分化来进行实验。使用亲和纯化和质谱，我们鉴定了在小鼠胚胎干细胞内与CUL互相影响的31BTB蛋白（补充图4a;补充表1）。当采用定量的逆转录聚合酶链式反应（ qRT-PCR与和免疫印迹，我们发现在小鼠胚 胎干细胞内高度表达但抑制其分化的三个接头蛋白，KLHL12, KBTBD8和IBTK （图2a,b和补充图3d）。

13、下一步，我们耗竭这些来自小鼠胚胎干细胞的接头蛋白，这些接头蛋白对用达沙替尼治疗中整合蛋白信号传输的变化是很敏感的。重要的是，耗竭KLHL12旦保留其它BTBg白，会导致小鼠胚胎干细胞凝结，正如损耗CUL3时所看到的一样（图 2c ）。由此可知，内源性的KLHL12能与小鼠胚胎干细胞内的 CUL有效的结合（补充图4b）。因而，这些实验验证 了 KLHL12是小鼠胚胎干细胞内 CUL3-个关键的酶作用物调控因子，且CUL3-KLHL1泛素连接酶作为小鼠胚胎干细胞形态的一个重要的调控因子。CUL单泛素化SEC31（1）为了分离CUL3-KLH12的底物，我们搭建了允许诱导表达KLHL12标记（Fla

14、g -KLHL12 ）的293T细胞系。通过亲和色谱法和质谱分析法，我们确定了COPII蛋白SEC13和SEC31是KLHL12的特定结合伙伴（图3a和补充表2）。免疫印迹证实了内源性 SEC13和SEC31的保留 是在KLHL12纯化物中而不是在其它 BTB蛋白的沉淀物中（补充图5 a）。正如在结合实验中看 到的一样，KLHL12直接结合SEC31，而不是SEC14 （补充图.5c,d ），而且这种相互作用受 到SEC31的氨基末端（补充图，6a）和KLHL12的Kelch域的调解（补充图.6b）。在细胞中，大约30%的内源性KLHL12是和SEC13-SEC31联系在一起的（图.36和补充

15、图.5b ）。符合这 样一个突出的相互作用，SEC13-SEC31和KLHL12在凸点（punctae ）共存，这个点很可能代表COPII囊泡的内质网出口点（图.3c）。更重要的是，损害 COPII的siRNA导致小鼠胚胎干 细胞聚集（图.3d ），表明CUL3-KLHL12和COPII涂层以相同的途径发挥作用。（2）在体外，CUL3-KLHL12催化SEC31 （图.3e ）的单泛素化，如果一个带有一个 有缺陷的SEC31连接的KLHL12突变体的结合点被使用（图.3f ）, SEC31就不能被观察到。 SEC31也在细胞内被单泛素化，这将强烈增加KLHL12的表达（图.3g ）。KLHL1

16、2突变体不能结合SEC31，破坏了它的单泛素化（图.3h ），这可能是由于二聚作用和内源性KLHL12失活（图.3a和补充图.6c）。SEC31单泛素化大量减少了显性负性CUL3 （图.3g ）的表达或者通过siRNA （图.3i）耗竭CUL3-KLHL12。正如游离的赖氨酸泛素化的表达，SEC31以一种优选的和一个可替代的，较少使用的游离的赖氨酸（图.3g ）进行泛素化，符合了蛋白质生物学分析，这也确定了游离的赖氨酸 647和游离的赖氨酸1217在SEC31A内作为泛素化位点。然 而，无论是这些残基的突变体还是任何其他的65个被CUL3-KLHL12 （数据没有显示）阻塞泛素化的SEC31的

17、游离的赖氨酸残基，都没有在实际修饰位点中展现灵活性。（3）KLHL12和CUL3的共表达触发SEC31单泛素化和降解（图 3g,4e和补充图.6d ）, 因此观察不到游离的赖氨酸的泛素化（图.3g ）。然而，SEC31被内源性CUL3-KLHL12单泛素化，它的多泛素化只有当 CUL3和KLHL12过度表达时才能看到。CUL3-KLHL12耗竭或蛋白酶体抑制剂不改变在非转染细胞内的SEC31水平（图.3i和补充图.6e ），并且泛素链形成阻塞或者蛋白酶体抑制剂不损害 CUL3-KLHL12的功能（见图.5 ）。因此，SEC31的多泛素化不 可能是小鼠胚胎干细胞内 CUL3-KLHL12活动的一

18、个关键结果。相反，它看起来像 CUL3-KLHL12以COPII蛋白SEC31作为一个重要的底物，通过催化其单泛素化来发挥作用。Klhl2Klhl13Kbtbd2Klhl24Klhl9Kbtbd7KIh 121Klhl25Kbtbd4Klhl3Klhl22Klhl20BtbdlKlhl8Btbd2IbtkEnclKlhl12Kbtbd8NanogOct4120.5QControl siKIhll 2 siKbtbd8图2： KLHL12是小鼠胚胎干细胞内 CUL3的一种酶作用物接头蛋白。a,小鼠胚胎干细胞经 受分化，且表明蛋白质的 mRNA水平是通过qRT-PCR.EB和胚体来测定的。？ b,

19、KLHL12 蛋白抑制分化，正如上面样品中用免疫印迹观察到的一样。C，KLHL12在小鼠胚胎干细胞中是一个关键的CUL3接头蛋白。D3小鼠胚胎干细胞对用达沙替尼改变整合蛋白的信号传 输是很敏感的，所以用于通过相位显微镜 （上半部分）或共聚焦显微镜监控细胞的凝结。（肌动蛋白，红色；纽蛋白，绿色；DNA，蓝色）。放大倍数：X40。CUL3调控COPII涂层的大小（1）为了确定通过 CUL3-KLHL12单泛素化的作用，我们诱导KLHL12在细胞内表达并且通过显微镜追踪 SEC31的最终去路。KLHL12感应不久后，大多数 KLHL12和SEC31 在小凸点上共存（punctae）（图.4a）。随着

20、时间的推移，这些凸点长成能容纳绝大多数SEC31的更大的结构，就像其他COPII成分，比如SEC13或SEC24C （图.4a,b）。如通过高分辨率共聚焦成像中看到的一样，这个大的结构是空心的，直径为200-500nm的球形，且它们以COPII涂层的蛋白装饰着，且带有 KLHL12 （图.4c）。因此，薄片电子显微镜显示出大的， 新月形的小管，可能是内质网的原点，在细胞内转染 KLHL12（图.4d）。免疫金标记电子显微 镜显示200-500nm以KLHL12装饰的类似的结构（图.4d ）。这个KLHL12依赖性结构既不 包含一个高尔基体内侧蛋白、不在原骨胶原运输小泡中的ERGIC-53、不会

21、堆积在内质网出口位点的内质网膜标记，也不包含核内体或自噬体标记物（补充图.7a-c）。更重要的是，缺乏SEC31结合的突变体，包括 KLHL12 （ FG289AA ），既不与 SEC31共存也不诱导大结构 的形成（图.4e和补充图.7d）,并且SEC31耗竭后，通过KLHL12阻断的大结构的形成（图.4b ）。 因此，KLHL12与SEC31的结合触发包含 COPII的大结构的形成。CUO-NEODh-F&ng« CUL3Anri-Flag-SEC13feiSKlSCXJL3rDD6-4SXt-IG_HL12S£C1445HJtM5EC31tonKLML12-UM

22、Vfeslamblot« « KLHL12SivsrWssEan blot1 lU丿IISEC31 uten -SEC31-ubf ksEGJIJSEC31-ube-n-SEC31 Ub«O军H一-KLHL12SEC3-» KlHUigJWestern-.LCUL3-NEDDE|* *rCUL3z WA co- -dow nEZTA txl-lldols-n npurbkit图 3/CUL3-KLHL12 单泛素化 SEC31。a,通过银染色法和质谱法分析KLHL12标记或者klh19标记的免疫沉淀反应。星状物，非特异性条带；两个星状物，KLHL12的分

23、解产物。b, SEC13是由（HeLa）海拉细胞分裂物免疫沉淀来的，且 SEC31和KLHL12是通过免疫印迹检测到的。c,KLHL12与COPII集中在一起，正如在共焦显微镜中看到的一样（，KLHL12，绿色；SEC13，红色；DNA，蓝色）。原放大率60倍。d, D3小鼠胚胎干细胞生长在凝胶上和SEC13耗竭是通过（顶部）相位显微镜或者共焦显微镜对细胞凝结进行分析（肌动蛋白，红色；黏着斑蛋白，绿色；DNA，蓝色）。原放大率 40 倍。e,CUL3-KLHL12 单泛素化 SEC31 °CUL3-NEDD8-RBX1 与 KLHL12，SEC13/31 和泛素（ubi）或者 His

24、 泛素（His-ubi ） 起培养。SEC31 通过 CUL3-KLHL12 或 者 CUL3-KLHL12 （ FG289AA）（ FG289AA ）在体外的泛素化是如上述进行的。g,SEC31在活生物体内单泛素化。上半部分，泛素结合物在变性条件下，从表达His-泛素，血凝素-SEC31，KLHL12，CUL3或者显性负性 CUL3 （dnCUL3 ）的 MG132处理的293T细胞被 纯化，并且通过反-SEC31免疫印迹分析。下半部分，同样的实验是用游离的赖氨酸His-泛素完成的，游离的赖氨酸组氨酸泛素（lysine-free His -ubiquitin ）只允许单泛素化的 SEC31在

25、 至少两个位点上（SEC31-ubi和SEC31-ubi* ）。SEC31-ubi-n表示多泛素化 SEC31。h,泛素 结合物从表达 KLHL12或SEC31结合缺乏的 KLHL12突变体的293T细胞被纯化。i, CUL3 是SEC31在活生物体内泛素化必不可少的物质。 293T细胞是被组氨酸-泛素和siRNA转染， 且泛素结合物是通过免疫印迹对 SEC31进行分析。KJh!12/師吃siCul3 C3h5h24 h24 h-eQulE為5H1H-isd*号工J 乂KLHL12 ubi-KOKLHLlSr' siCLiS*-Immunogold EM33 叙 InHitCUL3图4

26、/CUL3-KLHL12 依赖性单泛素化使 COPII结构增大。a,用共聚焦显微镜监控 KLHL12标记的诱导型强力霉素 （dox）（dox:Klhl12,绿色）和SEC31 （红色）在293T细胞的定位。比例尺，3mm。 b，用共聚焦显微镜对表达KLHL12的HeLa细胞内的 KLHL12 （绿色）和 SEC31，SEC13或SEC24C （红色）进行分析。比例 尺，3m。c,用共聚焦显微镜分析HeLa细胞内的 COPII结构转染标记的KLHL12 ,游离的赖氨酸泛素（ubi-KO ）或 Cul3-siRNA。比列尺，500nm。d,上半部分，表达KLHL12或控制HeLa细胞的薄片电子显微

27、像（红箭头，KLHL12依赖性结构；蓝箭头，小控制囊泡）。比例尺，500nm。下半部分，在短暂被转染的HeLa细胞（左）或稳定的293T细胞（右）中的 KLHL12的免疫金电子显微镜像。比例尺，200nm。e,用共聚焦显微镜观察转染标记性KLHL12，游离的赖氨酸泛素，标记性KLHL12 （ FG289AA ）,标记性 CUL3 （ 1-250 ）或标记性 CUL3的HeLa细胞以分 析KLHL12/CUL3（绿色）和 SEC31 （红色）。放大倍数：40倍。当一个阻碍 SEC31泛素化的 CUL3突变体（CUL3 （ 1-250）表达KLHL12时,COPII 结构不会增大（图.4e）。另外

28、，被siRNA耗竭CUL3也能消除SEC31单泛素化，被KLHL12 阻止大型COPII结构的形成（图.4a,c）。？相反，如果 KLHL12表达游离的赖氨酸泛素 允许其单泛素化而不是多泛素化，大型COPII结构就很容易被检测到（图.4c,e）,且这些结构富集泛素，符合被非蛋白水解的单泛素化（补充图.7e）。因此，被CUL3-KLHL12单泛素化促进大型 COPII结构的形成，这可能代表内质网出口位点的新生涂层和大型COPII囊泡或小管的开始发育的涂层的混合物。CUL3需要胶原蛋白的输出我们的掩蔽物将 CUL3-KLHL12 联系到干细胞细胞外基质的建立需要胶原蛋白的分泌。因 此，依赖型CUL

29、3-KLHL12 增加COPII的大小可能会促进胶原蛋白从内质网输出。为了测 试这个假设，我们在 IMR90细胞内表达 KLHL12，低效率的输出导致以一个稳定的状态在 内质网内积累胶原蛋白。引人注目的是，并不是 KLHL12 （ FG289AA ）或不相关的BTB蛋 白，而是KLHL12引发细胞内的内质网池的原胶原I的枯竭（图.5a） o因此，在表达KLHL12细胞的上层清液中发现胶原蛋白的水平增加，而不是KLHL12 （ FG289AA ）（图.5b）。当布雷菲德菌素A抑制分泌，或者如果胶原蛋白在内质网折叠受抗坏血酸盐从中间物中的移动 的破坏，胶原蛋白保持在表达KLHL12的细胞内（图.5

30、a）。时间分辨实验结果表明 KLHL12强烈加速胶原蛋白从IMR90细胞输出（图.5c）。诱导分泌不久后，KLHL12和胶原蛋白在重 叠位置被检测到（补充图.7f），所有这些表明 CUL3-KLHL12促进胶原蛋白从内质网运输。被显性负性 CUL3阻塞SEC31泛素化干扰依赖型KLHL12从IMR90细胞输出（补充图.8a） o同样，耗竭工程化 HT1080纤维肉瘤细胞的 KLHL12严重破坏胶原蛋白的输出，并 且大多数细胞在它们的内质网内保留高水平的胶原蛋白（图.5d和补充图.8b）。相反，更小的COPII货物，比如纤连蛋白或EGF受体，在缺乏CUL3时正确地定位（补充图 8c,d）。在小鼠

31、胚胎干细胞内可观察到类似的现象，其中耗竭CUL3导致一个强大的IV型胶原蛋白在细胞内的累积，这类似于损失 SEC13后观察到的效果（图 .5e和补充图.8e）o因此， CUL3-KLHL12需要胶原蛋白的输出，而胶原蛋白对小型COPII货物的运输不是那么重要。伽如60牺M 0 1电-sofl-8JE等塞鬲0!100 I1 shCu!3-i fihCuS-2sfflfJAl u 蒼 $ Conirsi KLHL12。朋FQgon 1®,»40 eoTime arfter aeorbaw Jhjdrtifm IrninjaKU<1! FGHfiQAA£舉尹111

32、噩2'' KEAP1 4 GFP 仙 CJ3 8畑1PQiI GFP KLHLU5 KLHL1 勿chtanaqulfWiK KLHL12/MG132 FG299i!29CAA KLHLi2/hQ a&cortMte KLHL12/BFA KEAPlKLHL12 由和 FG2«aWL M L M L M L M! L M L MTubulinMoi图5/CUL3-KLHL12 促进胶原蛋白的输出a,用共聚焦显微镜分析转染了标记性KLHL12 ,标记性KLHL12（FG289AA）或标记性KEAP1的IMR90细胞（BTB,绿色；I型胶原蛋白，红色； DNA，蓝

33、色）。当记下， 用氯喹处理细胞，MG132布雷菲德菌素 A（ BFA）或渗出的中间体缺乏抗坏血酸盐。误差线，标准偏差，n=3。放大倍数：60倍。b,通过免疫印迹法对转染标记性KLHL12或标记性 KLHL12 （ FG289AA）的IMR90细胞的细胞溶解产物 （L）或细胞培养液（M） 进行分析。C,在重新增加抗坏血酸盐后，分析表达KLHL12的IMR90细胞内I型胶原蛋白的定位。放大倍数：40倍。D,用共聚焦显微镜分析转染了对抗CUL3的shRNA的，稳定表达I型胶原蛋白的 HT1080细胞（转染控制绿色荧光蛋白（GFP），绿色；蛋白二硫化物异构酶（PDI），蓝色；I型胶原蛋白，红色）。误差

34、线，标准 偏差n=3.放大倍数：60倍。e,把小鼠胚胎干细胞内的 cul3或sec13作为目标，用 控制siRNA或siRNAs处理，且用共聚焦显微镜进行分析（IV型胶原蛋白，绿色； 肌动蛋白，红色；DNA，蓝色）。放大倍数：40倍。如果促进胶原蛋白输出是 CUL3在小鼠胚胎干细胞的关键作用，增加反式胶原蛋白可能 会缓解CUL3表型耗竭。事实上，这是这样的：当小鼠胚胎干细胞被镀上纯化的IV型胶原蛋白，耗竭CUL3不会引起细胞聚集，且在血浆膜能检测到整合蛋白3 1 （图.1b ）。我们的结论是促进胶原蛋白分泌是CUL3的一个功能，这与它驱动大型 COPII涂层组装的作用是一致的。讨论 在这项研究

35、中，我们已经确定 CUL3-KLHL12 是胶原蛋白输出的一个必要调节因子，这 需要小鼠胚胎干细胞的分裂。 耗竭老鼠的 CUL3 导致早期胚胎致死带有完全紊乱的胚胎 外组织，这是一个在一定程度上归因于它的胶原蛋白分泌作用的表型。此外， KLHL12 已经被确认为结缔组织混乱干燥综合征的一种自身抗原，增加了 CUL3-KLHL12 的异常 功能可能与疾病相关的可能性。CUL3-KLHL12 单泛素化 SEC31 和促进大型 COPII 涂层的形成能容纳不同形状的货 物。因此， CUL3 对原胶原纤维的分泌是至关重要的，而对诸如纤连蛋白， EGF 受体或 整合蛋白 b1 这些更小或更灵活的微粒的运

36、输是不必要的。 因此， CUL3-KLHL12 似乎是 依赖型 COPII 运输大型货物的特定需求。泛素化怎样影响 COPII 涂层大小和结构是未知的。 SEC31 的 65 个赖氨酸残基中， 没有一个是 CUL3-KLHL12 泛素化必不可少的，这表明如果主要位点被阻塞了， CUL3 可以选择性的以赖氨酸残基为靶标。尽管有了这些灵活性， CUL3-KLHL12 不会按化学 计量比使SEC31泛素化。因此，如果 SEC31泛素化表现出一个结构的角色，很少的泛 素分子必须使生产大型 COPII 涂层得到满足，而且这些囊泡必须容忍在修饰位点内相 当大的变化。另外，正如经常看到的单泛素化蛋白，修饰SEC31 可能招募到一个延迟COPII 萌发或促进涂层聚合的效应因子。由于 CUL3-KLHL12 泛素化其它蛋白， SEC31 不可能是这个分泌途径的唯一酶作用物。识别全套的 CUL3-KLHL12 酶作用物和可能的 效应分子应该揭露依赖型泛素调控囊泡大小的根本机制。我们的发现有被翻译成治疗策略的可能。我们预想 CUL3-KLHL12 的激