Science Advances | 浙江大学郭行/杨兵揭示脂肪酰修饰介导的蛋白酶体膜定位调控膜蛋白稳态的分子机制

真核细胞中的蛋白降解主要由26S蛋白酶体执行，这是一个大的分子复合物，不仅存在于细胞质和细胞核中，还与各种膜相关联。在高等生物中，蛋白酶体如何与膜结合以及这种结合的生物学意义在很大程度上是未知的。

2023年11月29日，浙江大学郭行和杨兵共同通讯（张睿珠、潘淑贤及郑素娅为本文的共同第一作者）在Science Advances 在线发表题为“Lipid-anchored proteasomes control membrane protein homeostasis”的研究论文，该研究展示了Rpt2亚基的N-肌醇化是蛋白酶体与膜相互作用的一种普遍机制。

Rpt2-G2A突变体细胞中该修饰的丧失导致了与膜相关的蛋白质组的深刻改变，扰乱了内质网相关降解和膜蛋白质转运等关键细胞过程。在小鼠中，Rpt2G2A/G2A纯合突变是胚胎致死的，并足以在裸鼠异种移植模型中抑制肿瘤生长。总之，这些发现揭示了一种保持膜蛋白质稳态的进化保守机制，并强调了通过肌醇锚定的蛋白酶体在健康和疾病中的区域化蛋白质降解的重要性。

真核细胞中的蛋白质高度分区化，其合成和降解也是如此。细胞在正常或受到压力的条件下已经演化出多种策略，以将蛋白质分派到不同的位置进行降解。这意味着26S蛋白酶，它消化了大多数真核蛋白质，必须在底物出现或到达时可用。26S蛋白酶由一个20S核心粒子（CP）和一个或两个19S调节粒子（RPs）组成，它在细胞中丰富但分布不均匀。这些大分子复合物的亚细胞定位是如何确定的仍然没有完全理解。特别是，自1990年代初以来，许多研究报告了结合到来自不同组织和物种的细胞的各种膜结构的蛋白酶体。在某些情况下，这被归因于蛋白酶体结合到特定的膜蛋白，而缺乏蛋白酶体与膜结合的一般机制，阻碍了对其生物学意义的进一步研究。

另一方面，已知蛋白酶体受多种化学修饰的调控，包括N-肌醇化，这是一种与蛋白质共翻译起始于甲硫氨酸和甘氨酸（Met1-Gly2）的脂质修饰。在去除起始甲硫氨酸后，肌醇基团可以通过N-肌醇基转移酶1和2（NMT1/2）与甘氨酸2共价结合。在HeLa细胞中，发现大量的蛋白质以这种方式被修饰，其中大多数是定位在膜上的。肌醇化蛋白质的安全膜锚定需要额外的修饰（例如骈酯化）或正电氨基酸与磷脂的负电头基之间的静电相互作用。在后一种情况下，膜结合可以被附近的磷酸化事件所对抗。由于目前尚未鉴定出内源性的去肌醇酶，因此N-肌醇化目前被认为是不可逆的。然而，来自志贺氏菌的细菌效应蛋白IpaJ可以在经宿主细胞中特异性切割经肌醇化的甘氨酸残基之后，导致蛋白质肌醇化的蛋白质丧失。

Rpt2十四酰化广泛存在于不同的哺乳动物细胞和组织类型中（

源自Science Advances ）

Rpt2/PSMC1是19S RP的一个组成部分，是唯一以Met1-Gly2开头的蛋白质酶体亚基，因此也是唯一可以N-肌醇化的亚基。从酵母到植物到哺乳动物，都已经检测到了Rpt2-Gly2的肌醇化，而Rpt2的N-末端MG基序在进化中是不变的。在酵母中，Rpt2的肌醇化已被认为将蛋白酶体定位到核膜，而删除或突变肌醇化位点（Rpt2-ΔG或G2A）导致核蛋白质的质量控制受损。在人类细胞中，Rpt2似乎是最肌醇化的蛋白质之一，类似于Src和PRKACA等已知的膜定位激酶。然而，在高等真核生物中，Rpt2肌醇化的功能尚未得到研究，除了最近发现它对Src引起的Rpt2-Tyr439磷酸化是必需的。

文章模式图（

源自Science Advances ）

该研究全面表征了Rpt2肌醇化依赖的哺乳动物细胞中蛋白酶体与膜的相互作用。与在酵母中不同，肌醇锚定的蛋白酶体（MAPs）在各种膜结构上具有广泛的亚细胞分布，并经受不同的调控。这些与膜相关的蛋白酶体在控制内质网稳态、膜蛋白质转运、胚胎发育和肿瘤发生中发挥了基本作用。这些发现强调了在高等生物中区域化蛋白质降解的生物学意义，并为通过选择性靶向膜锚定蛋白酶体的转化研究提供了潜在方向。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj4605

转自：“iNature”微信公众号

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