泛素特异性蛋白酶 14

内质网（ER） 腔内未折叠蛋白的积累会诱导 ER 应激并触发未折叠蛋白反应（UPR），从而阻止翻译并通过 ER 相关降解（ERAD） 启动未折叠蛋白的降解。USP14 在非应激条件下抑制 ERAD（ Nagai et al., 2009 ）。

▼ 克隆与表达

真核生物通过在 tRNA 位置 34 处不可逆地交换 queuine 与鸟嘌呤来合成 queuosine，这是由 tRNA-鸟嘌呤转糖基酶（TGT） 催化的反应。哺乳动物 TGT 似乎是 60 和 43 kD 亚基的二聚体。德什潘德等人（1996）确定纯化的兔 60-kD Tgt 亚基或 Usp14 与人 TRE2（USP6; 604334 ） 和 ORF8（USP8 ; 603158） 具有显着的序列同一性，特别是在保守的 cys 和 his 结构域中。使用兔子序列，他们鉴定了含有人类 USP14 的 EST，并从胎盘 cDNA 文库中克隆了 cDNA。推导出的人类蛋白质含有 494 个氨基酸，与兔蛋白质具有 98% 的序列同一性。

永井等人（2009）报道全长 494 个氨基酸的 USP14 蛋白具有 N 端泛素样结构域和残基 102 和 408 之间的 USP 结构域。

▼ 测绘

通过 BAC 分析，Dennehey 等人（2004）确定 USP14 是染色体 18p 上最端粒、最完整的基因。

Gross（2015）根据 USP14 序列（GenBank AK297605 ） 与基因组序列（GRCh38）的比对，将 USP14 基因对应到染色体 18p11.32 。

威尔逊等人（2002）指出 2 种人类神经系统疾病可能涉及到 USP14 基因附近的 18p 染色体的突触功能改变：主要情感障碍 1（MAFD1; 125480 ） 和精神分裂症障碍 8（SCZD8; 603206 ）。

▼ 基因功能

IRE1-α（ERN1; 604033 ） 是一种具有激酶和 RNase 结构域的蛋白质，可作为 ER 应激受体介导 UPR。在非应力条件下，IRE1-α 保持在非活动状态。Nagai 等人使用酵母 2 杂交、共免疫沉淀和蛋白质下拉分析（2009）表明 USP14 在非应激条件下与人类细胞系和小鼠胚胎成纤维细胞中的 IRE1-α 相互作用。USP14 和 IRE1-α 之间的相互作用受到 ER 应激的抑制，同时伴随着 IRE1-α 的磷酸化和活化。突变分析表明，IRE1-α 的激酶活性和 USP14 的去泛素化活性都不是它们相互作用和抑制 ERAD 所必需的。HEK293 细胞中 USP14 的敲除加速了 ERAD，即使在非应激条件下也是如此。永井等人（2009 年）得出结论，激活的 IRE1-α 释放 USP14，并且解离加速了未折叠蛋白质从 ER 腔释放以进行蛋白酶体降解。

李等人（2010）表明，蛋白酶体相关的去泛素化酶 USP14 可以在体外和体内以及细胞中抑制泛素-蛋白质缀合物的降解。USP14 的催化失活变体具有降低的抑制活性，表明抑制是通过修剪底物上的泛素链来介导的。高通量筛选确定了人类 USP14 去泛素化活性的选择性小分子抑制剂。用这种化合物处理培养的细胞增强了几种与神经退行性疾病有关的蛋白酶体底物的降解。USP14 抑制加速了氧化蛋白质的降解并增强了对氧化应激的抵抗力。

亨廷顿蛋白（HTT; 613004 ） 具有扩展的多聚谷氨酰胺束（大约 36 种谷氨酰胺或更多）是导致亨廷顿病（ 143100 ） 发展的原因。突变 HTT（mtHTT） 的过表达形成不溶性聚集体并诱导 ER 应激但损害 ERAD，导致细胞凋亡的启动。Hyrskyluoto 等人（2014）发现人类 mtHTT 而非正常 HTT 的表达减少了与 Ire1-α 和 ER 膜相关的 Usp14 的数量，并将 Usp14 重新定位到 PC6.3 大鼠嗜铬细胞瘤细胞的细胞质中。USP14 的过表达也减少了 mtHTT 聚集体的数量并减少了细胞凋亡的标志物。蛋白酶体的抑制或蛋白酶死 USP14 的过表达消除了 mtHTT 聚集体的减少。USP14 还减少了共转染的 HeLa 细胞中 mtHTT 聚集体的积累。免疫沉淀分析显示 USP14 与正常 HTT 和 mtHTT 以及蛋白酶体 19S 亚基 RPN11（PSMD14; 607173 ） 直接相互作用。由于 USP14 和蛋白酶体的蛋白水解活性需要减少 mtHTT 聚集体，Hyrskyluoto 等人（2014）得出的结论是，USP14 作用于蛋白酶体以减少细胞 mtHTT 的积累，可能是通过从 mtHTT 中修剪泛素聚合物以实现有效的蛋白酶体降解。

李等人（2016）报道称，USP14 显示出对携带超过 1 个泛素修饰或链的泛素-细胞周期蛋白 B（ 123836 ） 缀合物的显着偏好。这种特异性从酵母到人类是保守的，并且与链连接类型无关。USP14 被认为可以从链的末端切割单个泛素基团，但Lee 等人（2016）发现它从 cyclin B 整体中去除了链，直到剩下一条链。USP14 的催化活性对降解的抑制反映了它在蛋白酶体开始降解底物之前在毫秒时间尺度上发挥作用的能力。此外，单分子研究表明，泛素缀合物在蛋白酶体上的停留时间因 USP14 依赖性去泛素化而减少。李等人（2016）得出结论，总而言之，蛋白酶体的特异性可以通过快速泛素链去除来调节，这基于泛素缀合物结构的新方面来解析底物。

马萨等人（2019）发现小鼠胚胎成纤维细胞（MEF） 中 Usp14 的基因缺失或药理学抑制对纤毛伸长有积极影响，表明 Usp14 通过其催化活性控制纤毛发生。MEF 中的 Usp14 消耗增强了 Hedgehog（Hh；参见600725 ） 调节蛋白 Gli2（ 165230 ） 和 Gli3（ 165240 ） 的纤毛募集和转移。进一步分析表明，Usp14 通过靶向 Kif7（611254） 进行降解来控制 Gli2 核转位并抑制 Hh 信号转导途径。Pkd1 丢失（ 601313） 在 MEFs 中不影响纤毛形态，但它显着降低了 Gli2 纤毛定位并增加了 Usp14 和 Kif7 的水平，可能导致 Hh 信号激活的丧失。Pkd1 -/- MEFs 中 Usp14 的消耗或抑制可挽救 Gli2 纤毛定位并积极影响 Hh 信号转导。

▼ 动物模型

就共济失调（ax） 基因中的自发突变 ax（J） 而言是纯合子的小鼠在 2 到 3 周龄时会出现严重的震颤，然后在 6 到 10 周龄时出现后肢麻痹和死亡。威尔逊等人（2002）表明 ax 编码 Usp14，它是半胱氨酸蛋白酶大家族之一，可特异性切割泛素缀合物。尽管 Usp14 可以在体外切割泛素标记的蛋白质，但它不能加工多聚泛素，这被认为与帕金森病、脊髓小脑共济失调 1 型（SCA1; 164400 ） 中所见的蛋白质聚集体有关） 和小鼠的纤细轴索营养不良（GAD）。因此，Usp14 的生理底物可能含有一个单泛素侧链，去除该侧链将调节蛋白质定位和蛋白质活性等过程。由于脑池内 A 粒子（IAP） 插入 Usp14 的内含子 5，Usp14 的表达在纯合 ax（J） 小鼠中发生了改变。与其他神经退行性疾病如人类的帕金森病和 SCA1 以及小鼠的 GAD 相比，在 ax（J） 小鼠的中枢神经系统中均未检测到泛素阳性蛋白聚集体和神经元细胞丢失。相反，这些小鼠在中枢神经系统和外周神经系统中都存在突触传递缺陷。这些结果表明泛素蛋白酶在调节哺乳动物的突触活动中很重要。