Optn（Optineurin）によるユビキチン認識に関する構造的洞察と、TBK1を介したリン酸化によるその調節

ユビキチン結合足場タンパク質であるOptn（Optineurin）は、選択的オートファジープロセスにおける重要なマクロオートファジー/オートファジー受容体として機能します。OPTNの変異は、ALSや緑内障を含むヒト神経変性疾患と関連しています。ただし、Optnによるユビキチンの認識とTBK1を介したリン酸化によるその調節の根底にある機械的基礎は、まだとらえどころのないものです。ここでは、OptnのUBANドメインが線形ユビキチン鎖を優先的に認識し、線形ジウビキチンと非対称2：1の化学量論的複合体を形成することを実証します。さらに、我々の結果は、UBANのリン酸化がどのようにオプトンのユビキチン結合能力を調節するか、およびオプションUBANドメインにおける疾患関連変異がユビキチンとの相互作用をどのように破壊するかについての新しい機械的洞察を提供します。最後に、ユビキチン結合の欠陥が、オプトから線形ユビキチン装置の変異体ハンチントンタンパク質凝集体の動員に影響する可能性があることを示します。まとめると、我々の発見は、一般的にUbanと線形のユビキチン鎖の間の相互作用モードを明確にし、OPTNによるユビキチン装置の基質認識の分子メカニズムの知識を拡大し、OPTN変異によって引き起こされる神経変性疾患の病因を拡大します。

OPTN (optineurin), a ubiquitin-binding scaffold protein, functions as an important macroautophagy/autophagy receptor in selective autophagy processes. Mutations in OPTN have been linked with human neurodegenerative diseases including ALS and glaucoma. However, the mechanistic basis underlying the recognition of ubiquitin by OPTN and its regulation by TBK1-mediated phosphorylation are still elusive. Here, we demonstrate that the UBAN domain of OPTN preferentially recognizes linear ubiquitin chain and forms an asymmetric 2:1 stoichiometry complex with the linear diubiquitin. In addition, our results provide new mechanistic insights into how phosphorylation of UBAN would regulate the ubiquitin-binding ability of OPTN and how disease-associated mutations in the OPTN UBAN domain disrupt its interaction with ubiquitin. Finally, we show that defects in ubiquitin-binding may affect the recruitment of OPTN to linear ubiquitin-decorated mutant Huntington protein aggregates. Taken together, our findings clarify the interaction mode between UBAN and linear ubiquitin chain in general, and expand our knowledge of the molecular mechanism of ubiquitin-decorated substrates recognition by OPTN as well as the pathogenesis of neurodegenerative diseases caused by OPTN mutations.