內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)精密地調(diào)控并維持著生命體蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)水平，將錯(cuò)誤折疊或不再需要的蛋白質(zhì)通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑降解。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)關(guān)聯(lián)蛋白質(zhì)降解過(guò)程中，被多聚泛素化修飾的膜蛋白需要特別地從其所駐留的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)磷脂雙分子層膜中逆向轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中，才能被位于細(xì)胞質(zhì)中的蛋白酶體所降解。
膜蛋白的跨膜區(qū)通常由一個(gè)或者多個(gè)疏水跨膜螺旋（Transmembrane domains, TMDs）構(gòu)成，它們整合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中，并和膜磷脂緊密地結(jié)合。因此，膜蛋白的跨膜逆向轉(zhuǎn)運(yùn)要克服能量障礙，讓疏水跨膜螺旋和磷脂分離，這一過(guò)程由AAA-ATPase p97水解ATP產(chǎn)生的拉力來(lái)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)某一疏水跨膜螺旋從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中分離后，其必須被持續(xù)地護(hù)送直至與p97相結(jié)合，以避免其在細(xì)胞質(zhì)的水環(huán)境中非特異性聚集或產(chǎn)生不必要的互作，導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解受抑制并引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或細(xì)胞應(yīng)激。然而，膜蛋白的疏水跨膜螺旋持續(xù)地被護(hù)送至p97的具體機(jī)制尚無(wú)研究。
近期，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心張?jiān)跇s課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Cell上在線發(fā)表了題為“TMUB1 is an endoplasmic reticulum-resident escortase that promotes the p97-mediated extraction of membrane proteins for degradation”的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)了TMUB1作為膜蛋白降解過(guò)程中跨膜螺旋特異的護(hù)送因子，并揭示了TMUB1護(hù)送逆向轉(zhuǎn)運(yùn)的疏水跨膜螺旋從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移至p97的分子機(jī)制。
該工作以免疫應(yīng)答相關(guān)的受體亞基TAP2和TCR等多種膜蛋白為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)TMUB1能特異性地促進(jìn)帶有強(qiáng)或中等疏水跨膜螺旋的膜蛋白在p97的驅(qū)動(dòng)下從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)這一關(guān)鍵過(guò)程。當(dāng)?shù)孜锬さ鞍卓缒^(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜磷脂層中時(shí)，定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的TMUB1通過(guò)跨膜結(jié)構(gòu)域結(jié)合底物膜蛋白的疏水跨膜螺旋。隨后，在底物跨膜螺旋從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜分離并發(fā)生逆向轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中，TMUB1細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域能臨時(shí)地結(jié)合從磷脂層中出來(lái)的約10～14個(gè)氨基酸長(zhǎng)度的約半個(gè)疏水跨膜螺旋。TMUB1的類泛素結(jié)構(gòu)域能招募p97，其將結(jié)合在TMUB1細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域的疏水跨膜螺旋分離并釋放到細(xì)胞質(zhì)中。一旦破壞了TMUB1的疏水跨膜螺旋護(hù)送功能，膜蛋白的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)無(wú)法順利完成，導(dǎo)致部分肽鏈跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、剩余肽鏈滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的底物降解中間體大量累積。
由此，本項(xiàng)工作鑒定了位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的疏水跨膜螺旋特異性的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)送因子。結(jié)合多種細(xì)胞內(nèi)和體外重構(gòu)實(shí)驗(yàn)，本工作揭示了在膜蛋白降解過(guò)程中，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生逆向轉(zhuǎn)運(yùn)而部分暴露在細(xì)胞質(zhì)的疏水跨膜螺旋會(huì)持續(xù)性地被TMUB1護(hù)送的分子機(jī)制。TMUB1促進(jìn)了膜蛋白的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，其護(hù)送功能會(huì)縮短經(jīng)p97作用下發(fā)生逆向轉(zhuǎn)運(yùn)的疏水跨膜螺旋暴露在細(xì)胞質(zhì)的停留時(shí)間，避免有害中間體的聚集。該研究也為哺乳動(dòng)物跨膜蛋白逆向轉(zhuǎn)運(yùn)這一研究難題提出了新的研究模式，推動(dòng)了膜蛋白降解和逆向轉(zhuǎn)運(yùn)這一基本蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的進(jìn)一步研究。
上海有機(jī)所生物與化學(xué)交叉研究中心張?jiān)跇s課題組已畢業(yè)博士生王林寒、研究生李紀(jì)強(qiáng)和科研助理汪清晨為該論文的共同第一作者，張?jiān)跇s研究員為該論文的通訊作者。該工作得到了交叉中心張耀陽(yáng)研究員和四川大學(xué)曹洋博士的協(xié)助和支持。該研究受中國(guó)科學(xué)院和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助。
圖1 TMUB1護(hù)送底物疏水跨膜螺旋從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移至p97 ATPase的工作模型
