E3リガーゼ群の網羅的分類により新たなタンパク質分解療法の可能性(The “broker” family helps tidy up the cell)

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2026-01-15 ゲーテ大学

細胞内のタンパク質の量や種類は合成と分解のバランスで維持され、分解されるべきタンパク質には「ユビキチン」という小さなタンパク質が付けられ、プロテアソームという分解装置へ送られる。この過程で特定の標的タンパク質を選ぶ役割を果たすのが E3リガーゼ という酵素で、研究チームはこれを「ブローカー(仲介者)ファミリー」として扱い、そのすべて(462種類)をカタログ化し、相互の関係地図を初めて作成した。AI支援の計算比較と細胞実験を組み合わせ、共通の機能や標的認識の違いから13の主要ファミリーとサブファミリーを定義した。この包括的な「E3リゴーム」マップは、DNA修復や抗ウイルス防御など分解以外の役割も示し、標的タンパク質分解薬(PROTACs)など新しい治療法の開発に重要なリガーゼ候補約40種を明らかにした。また、全データを公開することで研究コミュニティの発展を促す。

E3リガーゼ群の網羅的分類により新たなタンパク質分解療法の可能性(The “broker” family helps tidy up the cell)
PROTACs link a target protein (protein of interest, POI) with an E3 ligase, which mediates the ubiquitin labeling (yellow) of the POI via an E2 enzyme. The POI is then degraded in the proteasome shredder (blue). © Institute of Biochemistry II, Goethe University Frankfurt

<関連情報>

マルチスケール分類によりヒトE3リゴームの複雑さを解明 Multi-scale classification decodes the complexity of the human E3 ligome

Arghya Dutta,Alberto Cristiani,Siddhanta V. Nikte,Jonathan Eisert,Yves Matthess,Borna Markusic,Cosmin Tudose,Chiara Becht,Varun Jayeshkumar Shah,Thorsten Mosler,Koraljka Husnjak,Ivan Dikic,Manuel Kaulich & Ramachandra M. Bhaskara
Nature Communications  Published:25 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-67450-9

Abstract

E3 ubiquitin ligases are vital enzymes that define the ubiquitin code in cells. Beyond promoting protein degradation to maintain cellular health, they also mediate non-degradative processes like DNA repair, signaling, and immunity. Despite their therapeutic potential, a comprehensive framework for understanding the relationships among diverse E3 ligases is lacking. Here, we classify the “human E3 ligome”—an extensive set of catalytic human E3s—by integrating multi-layered data, including protein sequences, domain architectures, 3D structures, functions, and expression patterns. Our classification is based on a metric-learning paradigm and uses a weakly supervised hierarchical framework to capture authentic relationships across E3 families and subfamilies. It extends the categorization of E3s into RING, HECT, and RBR classes, including non-canonical mechanisms, successfully explains their functional segregation, distinguishes between multi-subunit complexes and standalone enzymes, and maps E3s to substrates and potential drug interactions. Our analysis provides a global view of E3 biology, opening strategies for drugging E3-substrate networks, including drug repurposing and designing specific E3 handles.

細胞遺伝子工学
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