蛋白质的泛素化调控在细胞中具有多种功能,包括调控细胞周期,细胞的增殖和凋亡,以及细胞中各种信号转导和免疫功能。特别是在一些特定的疾病中,蛋白的泛素化调控具有重要的作用。本课题主要研究CRL4ACRBN E3泛素连接酶对癫痫和多发性骨髓瘤这两种疾病中特定蛋白的调控以及具体的机制。在神经元中离子通道主要用来调节细胞膜的兴奋性。一些离子通道的突变经常会导致严重的神经功能疾病,比如癫痫。相对于目前大量的关于离子通道蛋白结构和功能的研究,我们对于离子通道活性的翻译后修饰调控却知之甚少。在这个研究中我们报道了大电导、钙离子和电压门控的钾离子通道(BK)能被CRL4ACRBN E3泛素连接酶靶向并被多聚泛素化,从而滞留在内质网中,不向细胞膜上运输。当我们在实验中使CRL4CRBn泛素连接酶失活,就能看到去泛素化的BK离子通道从内质网中释放出来,并且运输到细胞膜上,从而导致了显著的BK离子通道活性的增加。同时我们构建了转基因小鼠,在小鼠的海马和大脑皮层中特异性地敲除了DDB1基因,使CRL4CRBN泛素连接酶失活,这些突变小鼠在年老的时候会自发地产生癫痫,而且对于药物诱发的癫痫特别敏感。当我们用CRL4CRBN泛素连接酶的抑制剂去处理正常的小鼠时,我们也能发现这些小鼠对诱发癫痫的药物非常敏感。同时这种对诱发癫痫药物的敏感性能被BK离子通道的特异性抑制剂所减轻。因此,我们认为当BK离子通道在细胞中合成后运输到细胞膜表面前的泛素化调控是细胞调节神经系统兴奋性和癫痫发生的重要步骤。骨髓瘤是一种浆细胞癌症,表现为骨髓中异常浆细胞的侵润。它是一种最普遍的血液癌症,大概占所有癌症总数的1%。早些年多发性骨髓瘤的常规和标准治疗方法是化疗和自体同源干细胞移植。然而随着新的药物靶点的发现,更多的新药被开发用于治疗骨髓瘤。包括bortezomib、thalidomide和相应的免疫调节药物(IMiDs)。临床研究表明,bortezomib和IMiDs联用可以有效地提高多发性骨髓瘤患者的存活率,并用来治疗经单一药物治疗后复发的患者。近期研究揭示了IMiDs用来治疗多发性骨髓瘤的机制。IMiDs被发现能和CRL4A泛素连接酶的一个接头蛋白CRBN结合,从而激活CRL4ACRBN泛素连接酶的活性来靶向并泛素化降解B细胞特异性的两个转录因子IKZF1和IKZF3,而IKZF1和IKZF3对骨髓瘤细胞的存活至关重要。Bortezomib和IMiDs联用能取得更好的临床效果,但是bortezomib作为一种蛋白酶体抑制剂,它能抑制IMiDs所诱发的IKZF1/3降解,理论上抑制IMiDs的作用。所以这就存在一个矛盾。在本研究中我们发现当CRBN不和CRL4A泛素连接酶结合时,它本身是不稳定的,能被另一个泛素连接酶SCFFbxo7泛素化降解。所以在骨髓瘤细胞中,bortezomib能稳定CRBN的水平,使更多的CRBN与CRL4A泛素连接酶结合,促进IMiDs所诱发的IKZF1/3的降解,从而产生对骨髓瘤细胞的协同抑制作用。为了更进一步研究多发性骨髓瘤的抗药性机制,我们做了全基因组范围基于CRISPR文库的基因敲除筛选,发现了一些对于骨髓瘤抗药性具有作用的新的重要基因。我们的研究为临床上更好地使用bortezomib和IMiDs达到最大化的治疗效果提供了机制上的框架指导。