E3泛素連接酶WWP2通過蛋白酶體途徑調控p21的穩定性

董超，張麗君

（中國醫科大學附屬第一醫院血液內科，沈陽 110001）

含WW結構域的E3泛素蛋白連接酶2（WW domain containing E3 ubiquitin protein ligase 2，WWP2）是NEDD4樣蛋白家族中的一種E3泛素連接酶［1-2］。它可將泛素連接至靶蛋白，并促使蛋白酶體降解靶蛋白［3-4］。E3泛素化連接酶參與了氧化應激相關過程，在多種疾病的發生發展中發揮重要的調控作用［3-5］。研究［6-9］表明，泛素化與腫瘤的發生密切相關，與血液系統疾病，如淋巴瘤、骨髓瘤、再生障礙性貧血、急性白血病也有一定聯系。p21，也稱CDKN1A/CIP1/WAF1/SDI1，是首個被鑒定出的細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）復合物抑制劑［10］，最近的研究發現，p21在抑制腫瘤中發揮重要作用，可能成為新治療策略的重點。目前已報道的WWP2底物有Gsc、PTEN、TGFβ、Smads、EGR2以 及Oct4等［11-15］。然 而，WWP2與p21之間的作用尚不清楚。因此，本研究擬探討E3泛素連接酶WWP2與p21的相互作用，及WWP2通過蛋白酶體途徑降解p21的機制，為腫瘤的治療及研究提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料

HEK 293T細胞系（人腎上皮細胞系衍生株）來自中國醫科大學健康科學研究所心血管內科研究室。MG132、放線菌酮（cycloheximide，CHX）購自美國ApexBio公司；WWP2質粒購自中國銳博生物公司；anti-HA、anti-GAPDH、anti-p21、二抗試劑購自美國Proteintech公司；anti-WWP2購自美國Santa Cruz Biotechnology公司。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養：用含10%胎牛血清、1%青霉素-鏈霉素的DMEM高糖培養液，在37 ℃、5%CO2飽和濕度孵箱中培養HEK 293T細胞。根據細胞生長狀態、生長密度換液、傳代。

1.2.2 細胞轉染：用PBS緩沖液洗滌待轉染的細胞（生長密度約70%），并更換新鮮培養基，用Lipofectamine 3000轉染試劑行過表達WWP2質粒轉染。室溫下孵育15～20 min，緩慢將轉染體系吹勻后滴入培養基中并晃勻，置入孵箱繼續培養6～8 h后，更換培養液，繼續培養至轉染后48 h，收取細胞進行后續實驗。用PBS緩沖液洗滌待轉染的細胞（生長密度約70%），并更換新鮮培養基，用jetPrime轉染試劑進行WWP2siRNA轉染。室溫下孵育15～20 min，緩慢將轉染體系吹勻后滴入培養基中并晃勻，置入孵箱繼續培養12～24 h，更換培養液，繼續培養至轉染后72 h，收取細胞進行后續實驗。

1.2.3 Western blotting：用蛋白質合成抑制劑CHX（50 μmol/L）或蛋白酶體抑制劑MG132（50 μmol/L）處理過表達或敲減WWP2的293T細胞0、4、8 h后，收集細胞并裂解，4 ℃、13 300 r/s離心20 min，收集蛋白。BCA法行蛋白定量后上樣，行SDS電泳，4 ℃、恒流200 mA、120 min將蛋白轉至PVDF膜。5%BSA室溫封閉1 h。加入一抗（用含有1%BSA的TBST試劑1∶1 000稀釋），4 ℃孵育過夜。TBST緩沖液洗膜3次，加入對應的二抗，室溫孵育1 h，TBST緩沖液漂洗膜3次。過氧化物酶法顯色，用Image J軟件測量條帶灰度值。GAPDH作內參照。

1.2.4 免疫共沉淀（co-immunoprecipitation，Co-IP）實驗：蛋白制備及定量步驟同Western blotting。在Co-IP蛋白樣品中加入1～3 μL相應抗體后，于4 ℃混轉3 h后，加入30 μL beads并混勻，4 ℃混轉過夜。棄上清，加入1 mL細胞裂解液，4 ℃混轉10～15 min，重復3次。加 入25～30 μL 2×Loading Buffer，與input同在沸水中加熱7 min，瞬離后備用。后續實驗步驟同Western blotting。

1.3 統計學分析

所有圖片用Photoshop2019、Adobe Illustrator 2019軟件處理后，以GraphPad Prism8作圖，并采用SPSS 25.0軟件進行統計分析。數據以±s表示，2組間比較采用t檢驗，多組間比較采用One-way ANOVA分析。P＜ 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 WWP2與p21相互作用

通過Co-IP及Western blotting檢 測293T細胞中WWP2與p21的結合情況。結果顯示，WWP2與p21之間存在結合（圖1）。

圖1 WWP2與p21相互作用Fig.1 Interaction between WWP2 and p21

2.2 WWP2可調節p21的表達水平

Western blotting結果顯示，在293T細胞中過表達WWP2，p21的表達水平明顯降低（圖2A）。且隨著WWP2表達量的增加，p21的表達水平相應降低（圖2C）。而敲減WWP2后，p21的表達水平相應增加（圖2B）。以上結果說明WWP2可影響p21的表達水平，調控p21的穩定性，提示WWP2可能通過蛋白酶體途徑降解p21。

圖2 WWP2對p21的表達存在負向影響Fig.2 The expression level of WWP2 gene had a negative effect on the expression of p21

2.3 CHX處理WWP2過表達及敲減細胞系

用CHX處理過表達WWP2的293T細胞0、4、8 h。如圖3A所示，隨著CHX作用時間延長，對照組和過表達組p21的表達水平均逐漸下降。過表達WWP2使p21的半衰期縮短，表明過表達WWP2可降低p21蛋白的穩定性。用CHX處理敲減WWP2的293T細胞 0、4、8 h。如圖3C所示，隨著CHX作用時間的延長，對照組和敲減組p21的表達水平均逐漸升高。敲減WWP2使p21的半衰期延長，表明敲減WWP2能增加p21蛋白的穩定性。以上結果提示，WWP2能降低p21的表達水平。

圖3 CHX處理WWP2過表達及敲減293T細胞系Fig.3 CHX-treated WWP2 overexpressed or knockdown 293T cell lines

2.4 MG132處理WWP2過表達及敲減細胞系

MG132作用WWP2過表達293T細胞0、4、8 h，用Western blotting檢測WWP2、p21和內參GAPDH的表達情況。結果如圖4A所示，隨著MG132作用時間的延長，對照組和過表達組p21的表達水平均逐漸上升。相對于過表達組，HA-空載組p21蛋白表達在MG132處理后變化更顯著。說明WWP2能降低p21的表達水平，MG132可阻斷WWP2對p21的負性調控，使內源性p21的累積增加。

MG132作用WWP2敲減293T細胞0、4、8 h，用Western blotting檢測WWP2、p21和內參GAPDH的表達情況。結果如圖4C所示，隨著MG132作用時間的延長，對照組和敲減組p21的表達水平均逐漸上升。相對于未敲減組，敲減組p21蛋白表達在MG132處理后變化更顯著。說明WWP2使p21的表達水平下降。

圖4 MG132處理WWP2過表達及敲減細胞系Fig.4 MG132-treated WWP2 overexpressed and knockdown cell lines

以上均提示體系中p21的降解依賴于蛋白酶體途徑，證實了WWP2通過蛋白酶體途徑介導p21的降解。

3 討論

WWP2可將泛素連接至靶蛋白，并促使蛋白酶體降解靶蛋白［3］。研究表明，泛素化不僅與腫瘤的發病密切相關［4］，還與抗癌藥物的耐藥性相關［16］。近年來，細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21在抑瘤功能中的重要性突顯，并因此成為研究治療策略的重點。

WWP2是泛素-蛋白酶體系統（ubiquitin-proteasome system，UPS）的成員之一，該系統是蛋白質降解的主要通路之一，多種蛋白的調節功能與這一系統密切相關。本研究結果發現，WWP2與p21之間存在結合。過表達WWP2使293T細胞p21蛋白表達水平降低，敲減WWP2則使293T細胞p21蛋白表達水平增加，提示WWP2可調節p21的表達水平。

為了進一步確定蛋白酶體途徑是否與p21蛋白降解過程有關，本研究應用蛋白質合成抑制劑CHX處理293T細胞，結果發現，對照組與實驗組p21表達水平均隨CHX作用時間延長而減少；且過表達WWP2后p21的半衰期縮短，敲減WWP2則使p21的半衰期延長。以上均證實WWP2并非在翻譯合成的方向調控p21。

為了進一步檢測293T細胞中p21的降解情況，本研究應用蛋白酶體抑制劑MG132處理293T細胞。MG132是蛋白酶體特異性抑制劑，主要通過抑制蛋白酶體系統而使相應蛋白在體內積累。結果發現，對照組和實驗組p21表達水平均隨MG132作用時間延長呈梯度增加。說明體系中p21的降解依賴于蛋白酶體途徑。相對于過表達組，HA-空載組在MG132處理后p21變化水平更為明顯。相對于未敲減組，敲減組在MG132處理后p21變化水平更為明顯。表明WWP2可通過蛋白酶體途徑降解p21。

綜上所述，本研究首次發現E3泛素連接酶WWP2可通過蛋白酶體途徑調控p21的穩定性。本研究結果有望推動WWP2及泛素化的研究，為疾病的診療提供理論依據。