2020年9月27日訊/
生物谷BIOON/---真核細胞含有膜包圍的具有不同身份和功能的細胞器，這些細胞器的身份和功能取決於蛋白組成。因此，蛋白的正確定位是細胞器功能和細胞穩態的關鍵。內質網（ER）和線粒體外膜是新合成的具有疏水跨膜區的蛋白的主要目的地。膜蛋白定位不僅需要高保真的蛋白靶向，還需要選擇性地去除錯誤定位的蛋白的質量控制機制。在線粒體外膜，ATP依賴性的馬達蛋白Msp1/ATAD1可以去除一些錯誤定位的跨膜蛋白。相比之下，雖然針對內質網的蛋白靶向研究得很好，但是對清除內質網膜上的錯誤靶向的跨膜蛋白的機制還未完全了解。
在一項新的研究中，作為一種研究膜蛋白定位的模型，來自美國哈佛醫學院和加州大學伯克利分校的研究人員著重關注尾錨定蛋白（tail–anchored protein），尾錨定蛋白含有的單個C端跨膜區對細胞器定位是必要的，並且在很大程度上是充分的。他們推斷，介導線粒體尾錨定蛋白定位的因子會直接與新生蛋白相互作用。
這些作者使用了一種無偏見的、位點特異性的交聯和質譜方法來鑑定這樣的蛋白跨膜區。這種方法揭示了內質網駐留的孤兒P型泵P5A-ATP酶（
酵母中的Spf1；人類中的ATP13A1）直接與線粒體尾錨定蛋白相互作用。
由於
遺傳學研究已經將P5A-ATP酶（P5A-ATPase）與線粒體尾錨定蛋白錯位聯繫起來，這些作者結合生化和結構方法來確定P5A-ATP酶的功能和機制。相關研究結果發表在2020年9月25日的Science期刊上，論文標題為「The endoplasmic reticulum P5A-ATPase is a transmembrane helix dislocase」。
P5A-ATPase將錯誤定位的跨膜螺旋從內質網中移出，圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.abc5809。
P型ATP酶形成了一大類活躍的轉運蛋白，存在於所有生命界，主要通過跨細胞膜運輸離子或脂質。P5A-ATP酶屬於真核生物特異性的P型ATP酶亞家族，它們的底物特異性是未知的。
這些作者在無細胞系統中重建了膜蛋白插入細胞器過程，並利用位點特異性交聯揭示了P5A-ATP酶直接與線粒體尾錨定蛋白的跨膜區相互作用。缺乏ATP13A1的人細胞表現出線粒體尾錨定蛋白錯誤定位到內質網和分泌途徑。在體外試驗中，新合成的線粒體尾錨定蛋白異常地積累在缺乏P5A-ATP酶活性的內質網囊泡中。這種積累是由於從缺乏ATP13A1的內質網膜中移除錯誤插入的線粒體蛋白受損所致。
釀酒
酵母Spf1在3.3～3.7埃解析度下的不同構象的低溫電鏡結構顯示，與其他已知結構的P型ATP酶相比，P5A-ATP酶具有一個非典型的大的底物結合口袋。該口袋交替地向內質網腔和細胞質打開，同時通過一個側向開口保持對脂質雙層的接觸。捕獲假定底物進行結構測定，發現在這個側向開口處有額外的類似於α螺旋跨膜區的跨膜密度。結合野生型細胞和P5A-ATP酶敲除細胞的
蛋白質組學數據，這些研究結果表明，P5A-ATP酶可以將錯誤插入到內質網中的具有短親水腔結構域的中度疏水性跨膜區移出。
綜上所述，這些作者將P5A-ATP酶的功能確定為內質網膜上跨膜區的脫位酶（dislocase）。這種功能分配表明P型ATP酶除了轉運離子和脂質之外，還轉運底物。P5A-ATP酶積極地將錯誤插入的蛋白從內質網中移出，也代表了一種以前未知的細胞保障和質量控制機制，有助於維持內質網和線粒體穩態，這也可能解釋了與P5A-ATP酶功能障礙相關的多效表型。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Michael J. McKenna et al. The endoplasmic reticulum P5A-ATPase is a transmembrane helix dislocase. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc5809.