东北大学盛韧等团队联合揭示去泛素酶调节Wnt信号的新型分子机制

2023年8月22日，东北大学生命科学与健康学院盛韧教授等多个课题组合作共同于Cell Chemical Biology杂志在线发表题为"USP10 strikes down β-catenin by dual-wielding deubiquitinase activity and phase separation potential"的研究论文。该研究通过筛选发现了一种新型Wnt/β-catenin信号通路的关键调节因子，去泛素化酶USP10。与以前的研究不同，该研究发现了一种新机制， 即USP10可通过酶活性和非酶活性两种平行路径调节Wnt/β-catenin信号传导。USP10通过这种新的“双重调节”机制在各种生物条件下显著抑制Wnt/β-catenin信号传导，作者利用胚胎发育，成体干细胞，及结直肠癌等模型等充分证实了USP10通过这种新的“双重调节”模式调控Wnt/β-catenin信号的重要生理、病理意义。

作者首先通过TOPFlash双荧光素酶化学发光系统对去泛素化酶文库进行筛选，找到USP10 作为 Wnt/β-catenin信号传导的负调节因子，并通过一系列分子实验确定USP10通过K48泛素链去泛素稳定Axin1。出乎意料的是作者发现USP10在酶失活的情况下尽管已经失去了对Axin1的去泛素化功能，但其对Wnt/β-catenin信号通路依然有一定的抑制作用。随后作者发现 USP10 通过独立于去泛素酶活性的 IDR（Intrinsically-Disordered Region） 区域介导的液-液相分离的方式促进β-catenin破坏复合物的稳定，从而不依赖于酶活性抑制Wnt/β-catenin信号。

随后作者利用多种模型进行了USP10的功能表征。首先，作者利用斑马鱼模型发现在斑马鱼胚胎中过表达USP10可导致斑马鱼胚胎出现明显的腹侧表型，包括不同程度的头部和脊索减少以及扩张的腹侧组织，在持续激活Wnt/β-catenin信号后可回补USP10对斑马鱼胚胎表型的影响，说明USP10 通过 Wnt/β-catenin信号在胚胎背腹模式和体轴形成中发挥关键作用。其次，作者在肠道类器官中采用“Tet-off”系统来研究USP10对小肠干细胞干性维持的影响。在USP10的过表达时会抑制Wnt/β-catenin信号通路导致小肠类器官死亡，而在分化的肠类器官中去除USP10时，可使小肠类器官干性增强。这些结果表明USP10通过Wnt/β-catenin信号在肠道干细胞干性维持方面发挥功能。最后作者发现USP10可通过抑制Wnt/β-catenin信号来抑制结直肠癌生长。在APC截短的结直肠癌细胞中，USP10主要发挥相分离的功能，弥补APC缺失所带来的β-catenin过度累积，从而抑制了结直肠癌的生长。临床上，作者通过分析数据库及大量临床样本证实了USP10水平与结直肠癌患者生存率及Wnt/β-catenin信号强度显著相关。

综上所述，该研究首次发现USP10直接调控Wnt/β-catenin信号传导，并揭示了一种新颖的去泛素酶依赖和独立的“双重调节”机制，并提出了使用USP10抑制剂治疗Wnt/β-catenin信号缺陷所导致的发育和再生缺陷的治疗可能。

东北大学生命科学与健康学院博士生王艺诺为本文第一作者。汕头大学海洋科学研究所毛爱华博士、中国医科大学基础医学院刘经纬博士、华中科技大学生命科学院博士生李鹏杰为本文的共同第一作者。东北大学生命科学与健康学院盛韧教授为本位通讯作者。华中科技大学生命科学院李一伟教授、华南理工大学医学院王强教授、中国医科大学基础医学院曹流教授主要参与了本课题，为本文的共同通讯作者。