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蛋白质稳态维持是细胞生命活动的核心，而蛋白酶体是其主要的“垃圾处理厂”。传统观点认为，蛋白酶体通过识别泛素链标记的底物启动降解。然而，近年来研究发现，部分细胞核蛋白，如即早基因（IEG）产物EGR1、FosB等，存在不依赖泛素的降解通路，其中midnolin作为关键衔接蛋白发挥着核心作用¹。然而，midnolin如何将底物精准递送至蛋白酶体，以及蛋白酶体如何识别这一信号并启动降解，仍缺乏深入理解。

2026年3月27日，51直播-51直播网 梁令/林志强团队联合在Nature Communications杂志在线发表题为“Structural dynamics of the midnolin-proteasome during ubiquitin-independent substrate turnover”的研究论文。该研究通过冷冻电镜技术解析了midnolin-26S蛋白酶体复合物的多种构象状态，完整揭示了从底物识别、递送到降解的全流程动态机制，阐明了midnolin如何作为一种非经典的降解标签，以不同于泛素的方式将底物蛋白直接递送至蛋白酶体进行降解。这一发现为靶向“难成药”核蛋白的蛋白降解技术研发提供了新思路。

研究团队首先通过HEK293细胞亲和纯化（利用midnolin的标签）发现，midnolin可稳定结合26S蛋白酶体。体外实验进一步表明，midnolin的稳定表达依赖于底物。随后，利用单颗粒冷冻电镜技术，解析了内源纯化及体外孵育条件下midnolin-26S蛋白酶体复合物的多种高分辨率构象状态（图1）。结果显示，midnolin的C端α螺旋（αHelix-C）锚定于蛋白酶体的RPN1亚基，而其泛素样结构域（Ubl）则与蛋白酶体的去泛素化酶RPN11相互作用，这一独特的结合模式将负责底物结合的Catch结构域精准定位于蛋白酶体AAA+马达的入口上方，从而直接引导底物进入降解通道。有趣的是，在缺失Catch结构域的midnolin-蛋白酶体结构中，研究团队发现midnolin自身的N端柔性区域IDR1竟伸入了蛋白酶体的降解通道（图1）。这一意外发现为midnolin的自身降解提供了直接的结构证据，暗示细胞内可能存在一种自我调控机制，以精确控制midnolin的活性水平。

图1Midnolin-蛋白酶体复合物的结构

a. Midnolin（MIDN）结构示意图；b. Midnolin-蛋白酶体底物处理状态整体结构；c. Midnolin-EGR1-蛋白酶体复合物结构；d. Catch结构域缺失midnolin-蛋白酶体结构。

对于内源纯化的全长midnolin-26S蛋白酶体复合物，研究团队通过精细的三维分类，成功捕捉到四种连续的螺旋阶梯构象，如同一部“分子电影”逐帧展示了AAA+ ATP酶六聚体如何一步步将底物向下拉动。尤为重要的是，研究发现镁离子的释放与ATP水解之间存在潜在协同关系，二者共同驱动底物在降解通道中的移位（图2）。

图2Midnolin-蛋白酶体在底物加工过程中的动态构象示意图

值得一提的是，midnolin不仅识别底物，更具备主动“喂食”功能。研究人员巧妙地将Catch结构域替换为底物，发现缺失Catch结构域的突变体虽可结合蛋白酶体，但降解效率显著降低，证实该结构域能确保底物以最佳构象朝向蛋白酶体入口。这一发现为基于midnolin架构的新型靶向蛋白降解剂理性设计提供了理论依据，有望推动难成药靶点的药物开发。

基于以上研究结果，该团队提出midnolin的工作模型（图3）：在一定条件下，midnolin与底物共表达并形成稳定复合物；随后，midnolin通过αHelix-C结合蛋白酶体RPN1，Ubl结构域结合RPN11，将Catch结构域及底物精确递送至AAA+马达入口；底物被逐步转运至20S核心颗粒降解后，midnolin自身的无序区域引导其进入蛋白酶体完成自我降解，从而实现核心资源蛋白酶体的循环利用。这一机制既保障了核内蛋白的快速清除，又避免了midnolin的过度累积。

图3 Midnolin工作模型示意图

51直播-51直播网 梁令副研究员和林志强研究员为论文的共同通讯作者。51直播-51直播网 博士研究生祝传达和秦露为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的资助。

原文链接：

//doi.org/10.1038/s41467-026-71002-0

1. Gu, X. et al. The midnolin-proteasome pathway catches proteins for ubiquitination-independent degradation. Science381, eadh5021, doi:10.1126/science.adh5021 (2023).