杜鹃素（Farrerol）是杜鹃花（Rhododendron dauricum L.）的一种生物活性成分，作为天然黄烷酮，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、神经保护和肝保护等多种作用。毛志勇和高绍荣教授合作课题组在前期研究中（eLife，2020）发现：小分子化合物杜鹃素能够促进损伤位点处RAD51的招募，并有效促进同源重组（HR）修复效率。但这项研究中并未找到杜鹃素直接影响RAD51招募和促进HR修复的蛋白靶点及其潜在的具体分子机制。

2023年4月3日，同济大学蒋颖、高绍荣、毛志勇与中国药科大学徐晓军教授团队合作在Nature Commun（IF=17.694）发表题为“Farrerol directly activates the deubiqutinase UCHL3 to promote DNA repair and reprogramming when mediated by somatic cell nuclear transfer”的文章，发现去泛素化酶UCHL3是杜鹃素的直接靶点，机制上，杜鹃素与UCHL3直接结合并激活其去泛素化酶活，促进 RAD51 去泛素化，从而改善同源重组修复。

为了解析杜鹃素对HR修复的调节机制，研究通过LiP-SMap技术确定杜鹃素的直接靶向的特定蛋白质（图1A）。发现101种不同的肽可能与杜鹃素相关，对照组和杜鹃素处理组之间的进一步比较表明，10种蛋白质发生了显著变化，其中，2种蛋白DNA-PKcs (PRKDC)和UCHL3被报道参与DNA修复的调节（图1B）。通过CETSA测定发现UCHL3，而不是DNA-PKcs，可能是杜鹃素的靶点（图1C）。进一步通过SPR发现杜鹃素UCHL3之间存在强烈的相互作用，解离常数（Kd）达到36.73nM（图1D）。共结晶实验发现杜鹃素的酚羟基与UCHL3中的两个氨基酸残基Lys187和Arg215形成氢键（图1E）。随后创建了两个UCHL3突变体，UCHL3–K187A 和UCHL3–R215A，CETSA和SPR发现突变两个氨基酸位点会消除杜鹃素与UCHL3的结合（图1F）。结果表明杜鹃素通过通过两个氨基酸残基Lys187和Arg215与UCHL3结合。

进一步机制研究发现，UCHL3缺失可消除杜鹃素对HCA2-H15c细胞中HR的修复作用（图2A），在小鼠胚胎干细胞中发现杜鹃素介导的HR修复增强在很大程度上依赖于UCHL3（图2B）。在HCA2-hTERT细胞中，杜鹃素促进RAD51在DNA损伤位点的募集，而UCHL3突变（R215A/K187A）表达的UCHL3-KO细胞中，杜鹃素不能促进RAD51募集（图2C）。酶活实验发现杜鹃素激活UCHL3的去泛素化酶活（图2D），体外去泛素化实验发现杜鹃素促进UCHL3介导的RAD51去泛素化，而敲除UCHL3则消除了杜鹃素对RAD51去泛素化作用（图2E），表明杜鹃素通过靶向UCHL3，直接激活UCHL3的去泛素化酶活，降低RAD51的泛素化水平，增强HR修复。