泛素(Ub)信号需要E1、E2和E3这三种酶的相互作用和活性。Cdc34是一种E2，在调节细胞周期进程中起关键作用，需要独特的结构元素才能发挥作用。Cdc34与E1结合的分子基础及其在Cdc34活性中独特的C端延伸功能的结构机制尚不清楚。
年7月24日,美国南卡罗莱纳医科大学生物化学与分子生物学系与霍林斯癌症中心的J.AlanDiehl和ShaunK.Olsen教授，以共同通讯作者在NatureComunication上发表了题为“StructuralinsightsintoE1recognitionandtheubiquitin-conjugatingactivityoftheE2enzymeCdc34”的研究成果。在本研究中，作者提出了Cdc34的单晶结构和与E1的络合物，以及一个Cdc34~Ub硫代酯模拟产物，介绍了Uba1-Cdc34Ub转硫醇的生成。这些结构揭示了Uba1和Uba34以及一个独特的结合模式的构象变化，是转硫反应所必需的。Cdc34~Ub结构揭示了Cdc34的C端延伸与Ub之间的联系，并且说明了Cdc34~Ub呈稳定的封闭构象，对Ub的释放至关重要。并且该团队的结构、生化和细胞基础研究为Cdc34在细胞中发挥作用的分子机制提供了一定的理论依据。
图1.ScUba1-Cdc34Δdist/Ub(a)复合物总体架构
文章首先介绍了ScUba1-Cdc34Δdist/Ub(a)复合物的总体架构。指出Cdc34在E1-E2硫代酯转移过程中通过不同的结合模式结合Uba1。文章预测Cdc34中与Uba1UFD相互作用的氨基酸的理化性质与其他E2s氨基酸有显著差异，包括缺乏高度保守的结构域。研究人员通过Uba1和Cdc34催化半胱氨酸之间的二硫键来稳定一个三元酿酒酵母Uba1-Cdc34/Ub/Mg?ATP复合物（以下简称Uba1-Cdc34）的晶体结构，并且利用体外E1-E2硫代酯转移实验，揭示了独特的Cdc34特征在Uba1结合中的作用，表明，硫代酯转移活性不需要Cdc34的(氨基酸残基-)和(氨基酸残基-)这两个延伸的C端，并且提出最好的衍射晶体是缺乏的Cdc34构造。作者还发现Uba1-Cdc34复合物表现出一种保守的结构(图1)。
图2.Uba1对Cdc34的分子识别
本研究对Uba1-Cdc34结构进行了分析，揭示了三个不同的联系网络:Cdc34/UFD、Cdc34/SCCH，以及Cdc34、Ub(a)与连接AAD与SCCH的Uba1交叉回路之间的三方交互。在Cdc34/UFD接口的核心，是一个UFD酸性斑块及Cdc34碱性残基之间的盐桥网络。Cdc34螺旋A(hA)的Arg14和Arg17与UFD上的Asp和Glu形成盐桥，与Asp形成水介导的氢键。盐桥相互作用对Cdc34在E1-E2硫代酯转移中的正确定位至关重要。同时说明Cdc34和Uba1在三个不同的界面上进行了广泛的接触，从而促进络合物的形成和转硫反应（图2）。
作者还证明不同的Uba1体系结构适应不同的E2结合模式。发现了三种不同的uba1结合模式。并且指出尽管E2/UFD结合模式不同，但这些不同的结构域的旋转是E1和E2活性位点在E1-E2硫代酯转移过程中靠近的机制（图3）。
为了进一步探讨UFD/E2界面的可塑性，对Ubc4和Ubc15中的残基进行突变，使其更接近Cdc34。表明UFD能够通过重组与邻近的其他残基形成良好的接触，从而补偿E2重要接触点的丢失，进一步支持UFD/E2界面的结构可塑性，作为E1-E2相互作用中复杂的机制（图4）。
Uba1UFD利用保守的残基核构建了不同E2hA序列的接触网络。此外，这个保守的UFD核心之外的可变区域，包括AAD，被用来容纳唯一的N端扩展。这导致每个E2hA相对于UFD的方向发生改变，需要UFD和SCCH的不同旋转，以便使E1和E2催化半胱氨酸在不同的E1-E2结合模式下促进硫代酯转移。
图4E1/Cdc34绑定模式是通过一个独特的联系网络实现的
研究结果指出伴随Uba1结合的Cdc34构象变化对生成Uba1-Cdc34复合物很重要。并且提出的延伸参与了Ub的放电过程。Cdc34的C端扩展是Cdc34功能高效运行的必要条件，发挥着不同的作用。作者根据相关实验结果，提出可以延伸，在Cdc34的背面与Ub(t)结合形成Cdc34~Ub复合物这一假设。
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