近日，南方科技大学医学院生物化学系、稳态医学研究院苏明媛副教授课题组在学术期刊 Nature Communications 发表研究成果，通过冷冻电镜技术解析了人类 COP1-DET1 E3 泛素连接酶复合物的动态结构，揭示了底物诱导E3复合物从非活性状态的“层叠式”组装向活性状态转变的分子机制，为泛素化调控及相关疾病研究提供了关键见解。

泛素-蛋白酶体系统（UPS）是细胞内蛋白质质量控制与稳态维持的核心通路，通过精准降解短寿命调节蛋白或错误折叠蛋白，调控细胞周期、应激反应等关键生命活动。COP1（组成型光形态发生因子1）作为E3泛素连接酶，最早在拟南芥中被发现，其介导的泛素化降解机制在动植物中高度保守。在人类细胞中，COP1 与 DET1 等组成 CRL4^DET1-COP1 复合物，通过降解 c-Jun、ETS2 等转录因子参与细胞增殖与肿瘤发生调控。尽管该复合物的生理功能已明确，但其组装方式、底物识别机制及活性调控的结构基础长期未被解析，成为泛素化领域的关键科学问题。

研究团队综合运用冷冻电镜、体外生化实验及结构建模等，系统解析 COP1-DET1 复合物的动态构象与功能机制。冷冻电镜结构分析显示，COP1-DET1 E3 泛素连接酶复合物在非活性状态下形成高度有序的多层堆叠结构，从顶部视角来看呈现为“六角飞镖”，相邻层之间大约旋转50-70°（图1 A）。每一层均由约412 Å 长度的对称亚基组成，包含八个 COP1 分子以及两个 DDD-E2（DDB1-DDA1-DET1-Ube2e2）亚复合物（图1 B）。八个 COP1 通过其卷曲螺旋(coiled-coil)结构相互缠绕，DET1 作为结构支架，连接 COP1 和 DDD 及 Ube2e（图1 C-D）。每一层中的 COP1 WD40 结构域均朝上排列，而其卷曲螺旋结构则朝下放置，依次堆叠在相邻层中 COP1 分子的 WD40 结构域之上（图1 B）。这种独特的排列方式促成了叠层结构的形成，使其底物结合位点 -WD40 结构域被遮蔽，从而抑制泛素化活性。

图1. 底物介导的 COP1-DET1 E3 ligase 复合体组装改变 (A)堆叠状态的DDD-E2-COP1复合体的2D分类图；(B)DDD-E2-COP1 复合体的原子模型图；(C)在堆叠状 DDB1-DDA1-DET1-E2-COP1 复合体中，8个 COP1 分子通过螺旋结构域形成菱形排列；(D) DET1，Ube2e2 和两个 COP1 之间的相互接触图；(E)底物 c-Jun 结合状态下的 DDD-Ube2e2-COP1-c-Jun 复合物模型

研究团队进一步通过底物共表达与结构解析发现，COP1 的底物（如c-Jun或ETS2）可诱导复合物从非活性的堆叠状态转变成活性二聚体状态。底物结合破坏 COP1-DDD-E2 复合物的多层堆叠结构，触发 COP1 通过卷曲螺旋结构域形成菱形二聚体（长约265 Å），暴露出 WD40 结构域顶部的底物结合位点（图1 E）。这一转变是复合物激活的关键开关，确保底物能够接近催化中心。通过序列比对与体外 pulldown 实验验证，COP1 的 WD40 结构域顶部 K472-H578-Y491 残基是识别底物VP基序的核心位点，突变这些残基可完全阻断 COP1 与 c-Jun 的相互作用（图2 A）。在体外泛素化级联反应实验方面，DET1 作为支架蛋白，首先招募E2酶 Ube2e2 完成底物的初始泛素化修饰；随后 DDB1 结合 CULLIN4-RBX1 复合物，进一步招募E2酶 Ube2d3，实现泛素链的高效延伸（图2 B）。这一两步反应模式确保底物被精准标记并最终被蛋白酶体降解。

图2. COP1与其底物c-Jun的相互作用位点以及体外泛素化实验 (A) COP1与其底物或受体蛋白的序列比对以及潜在的相互作用位点验证; (B) DDDC-Ube2e2-c-Jun复合体的体外泛素化实验

综上，这些结果揭示了 CRL4^DET1-COP1 复合物通过动态构象变化响应底物信号的调控机制，为理解E3连接酶的活性调节及泛素化特异性提供了全新视角。

南科大医学院博士研究生王珊为论文第一作者，苏明媛为论文通讯作者，研究生滕霏、田舒云为研究提供了大力支持。南方科技大学为论文第一单位。合作者包括香港中文大学（深圳）Goran Stjepanovic教授、南科大生科院饶枫教授。该研究得到了南方科技大学冷冻电镜中心、分析测试中心，香港中文大学（深圳）科比尔卡研究所冷冻电镜平台、质谱平台，南方科技大学稳态医学研究院、广东省普通高校新陈代谢与健康重点实验室的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68375-7

供稿：生物化学系

通讯员：杨玲

主图：丘妍

编辑：曾昱雯