生化学：時間分解型クライオ電子顕微鏡によって明らかになった、ヒトプロテアソームのUSP14により調節されたアロステリー
Nature 605, 7910 doi: 10.1038/s41586-022-04671-8
ユビキチン化されたタンパク質のプロテアソームによる分解は、複数のレベルで厳密に調節されている。最初の調節チェックポイントは基質からのユビキチン鎖の除去で、これは脱ユビキチン化酵素であるユビキチン特異的プロテアーゼ14（USP14）によって行われる。USP14はプロテアソームに可逆的に結合して、基質を編集したり拒否したりできるようにする。USP14がプロテアソームの機能を活性化し、調節する仕組みはまだ分かっていない。今回我々は、26Sプロテアソームと複合体を形成したヒトUSP14について、ポリユビキチン化されたタンパク質の分解中に捕捉された13の異なるコンホメーション状態での構造を、高分解能クライオ電子顕微鏡によって明らかにした。コンホメーション連続体の時間分解型クライオ電子顕微鏡による解析から、USP14により誘起されるプロテアソームの状態遷移に並行する2つの経路があることが分かり、基質が結合した中間体から基質が阻害された中間体への一過的変換が捕捉された。基質を結合した経路では、USP14のユビキチン依存的活性化がAAA-ATPアーゼモーターのコンホメーション的全体像をアロステリックに再プログラム化し、コア粒子ゲートを開くように刺激しており、これにより、基質の折りたたみがほどけていく間に起こるATPアーゼリング周辺での非対称的なATP加水分解の、完全に近いサイクルの観察が可能となった。USP14とATPアーゼの動的相互作用によって、RPN11に触媒された脱ユビキチン化からATPアーゼ活性が切り離され、ユビキチン認識と基質移動の開始、そしてユビキチン鎖の再利用の各段階で、プロテアソーム上に3つの調節チェックポイントが速度論的に導入される。これらの知見から、USP14により調節されたプロテアソームの完全な機能サイクルについての手掛かりが得られ、USP14を標的とする治療法発見のための反応機構的な基盤が確立される。
