Nature：窥探细胞的“废物处理服务”

　　

生物通报道   在他们的蛋白质质量控制研究中，来自海德堡大学的科学家们获得了一些重要的新见解，揭示出了细胞阻止错误定向至细胞核中的蛋白质引起损伤的机制。他们的研究将焦点放在了内核膜上负责检测和标记错误定向蛋白质的一个复杂装置上。

与来自法国、瑞典和加拿大的研究人员展开国际协作，海德堡大学分子生物学中心(ZMBH)的Michael Knop教授领导下的研究小组阐明了，在这一过程中细胞“废物处理服务”被触动的机制。他们的研究结果发表在《自然》（Nature）杂志上。

尽管很小，细胞却有着非常精确的组织结构——所有一切均各就各位。为了找到它们的合适位置，蛋白质承载着一种信号。这些信号内置在它们的结构中，功能就像是地址，细胞内的“邮政服务”将它们传送到正确的目的地。其中一个目的地就是细胞核。

细胞核中包含着细胞的基因组信息——DNA。为了实现细胞分裂以及对环境做出响应，细胞必须读取并将DNA解码为新蛋白质。核蛋白确保了这一过程正确运行。那当蛋白意外进入到细胞核中即便它们并不属于那里时会发生什么？Knop教授说：“这会危害基因组信息的读取，在某些条件下威胁整个细胞的存在。”

在研究过程中，Knop教授的研究小组开发了一种新方法来检测错误定向的蛋白，并研究了细胞是如何处理它们的。与来自雷恩和斯德哥尔摩的两个研究实验室合作，海德堡大学的这一研究小组发现细胞的内核膜上有一个复杂的装置：一个参与了蛋白质质量控制的泛素连接酶。这一泛素连接酶可以检测和标记错误蛋白。基于这一所谓的聚泛素化过程，细胞“认识”到这一特异蛋白不属于细胞核，并激活细胞的废物处理。一个蛋白酶体几乎可以完全吞咽和“消化”标记的蛋白质。

Knop教授说：“直到现在我们都认为，我们研究的泛素连接酶与一种特别的信号传导过程有关联，这一信号传导过程参与了细胞的氨基酸供应。当我们的研究显示它们事实上并未直接完成这一功能，我们感到非常吃惊。与之相反，这一泛素连接酶触动除去了一个在错误的时间进入细胞核中，会破坏氨基酸供应的蛋白质。”

海德堡大学的科学家们进一步解释说，这一“复杂的控制机制”也对各种其他蛋白起作用。如果它们未被正确传送，泛素连接酶会引发这一过程将错误定向的蛋白质清除出细胞核和核膜。Knop教授说：“但仍然存在一个问题：这一泛素连接酶是如何断定蛋白质到达了正确或错误的位点的？”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Protein quality control at the inner nuclear membrane

The nuclear envelope is a double membrane that separates the nucleus from the cytoplasm. The inner nuclear membrane (INM) functions in essential nuclear processes including chromatin organization and regulation of gene expression1. The outer nuclear membrane is continuous with the endoplasmic reticulum and is the site of membrane protein synthesis. Protein homeostasis in this compartment is ensured by endoplasmic-reticulum-associated protein degradation (ERAD) pathways that in yeast involve the integral membrane E3 ubiquitin ligases Hrd1 and Doa10 operating with the E2 ubiquitin-conjugating enzymes Ubc6 and Ubc7 (refs 2, 3). However, little is known about protein quality control at the INM. Here we describe a protein degradation pathway at the INM in yeast (Saccharomyces cerevisiae) mediated by the Asi complex consisting of the RING domain proteins Asi1 and Asi3 (ref. 4). We report that the Asi complex functions together with the ubiquitin-conjugating enzymes Ubc6 and Ubc7 to degrade soluble and integral membrane proteins. Genetic evidence suggests that the Asi ubiquitin ligase defines a pathway distinct from, but complementary to, ERAD. Using unbiased screening with a novel genome-wide yeast library based on a tandem fluorescent protein timer5, we identify more than 50 substrates of the Asi, Hrd1 and Doa10 E3 ubiquitin ligases. We show that the Asi ubiquitin ligase is involved in degradation of mislocalized integral membrane proteins, thus acting to maintain and safeguard the identity of the INM.