张在荣博士Cell解析膜蛋白作用新机制

　　

生物通报道：来自美国国立卫生研究院，英国MRC分子生物学实验室的研究人员发表了题为“Deubiquitinases Sharpen Substrate Discrimination during Membrane Protein Degradation from the ER”的文章，采用多种研究方法，提出了去泛素化酶在膜蛋白降解决定过程中的新作用，为膜蛋白质量控制机制提出了一种新框架。这一研究成果公布在Cell杂志在线版上。

文章的通讯作者是NIH Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人协会的张在荣（Zai-Rong Zhang，音译）博士，以及英国MRC分子生物学实验室的Ramanujan S. Hegde教授。

膜蛋白在机体生物学中扮演了重要的角色，有些膜蛋白可作为“载体”而将物质转运进出细胞。有些膜蛋白是激素或其他化学物质的专一受体，如甲状腺细胞上有接受来自脑垂体的促甲状腺素的受体，细胞的识别功能也决定于膜表面的蛋白。

新合成的膜蛋白需要泛素连接酶复合物检测，走向降解与非降解的两条命运，但是经过多年研究，科学家们对于这一过程中底物-连接酶之间的相互作用，出现的细微差别如何会造成了完全不同的最后结果的作用机制，并不清楚。

在这篇文章中，研究人员利用来自病毒介导的降解途径中的纯化组分，重构了脂质体中膜蛋白识别过程，以及泛素化过程。由此发现膜上的底物-连接酶之间的相互作用，能够直接影响泛素组件调节多泛素化的过程。

而且令研究人员感到惊讶的是，但就是这种差异过程还不能解释培养细胞中降解和非降解的不同命运。之后研究人员又通过计算机模拟，实验分析发现持续的去泛素化是最大底物差异的一个先决条件，去泛素化酶能降低多泛素化停留时间，从而更快释放底物和酶，这解释了底物-酶之间相互作用的微小差别，能被放大到降解的这种更大差异。

这些研究结果为膜蛋白质量控制机制提出了一种底物差别的新框架，揭示了一种膜蛋白降解的新作用机制。

关于膜蛋白的研究，近期来自北京师范大学等处的研究人员解析了肠杆菌中甘油二酯激酶的晶体结构，从中发现了这种酶如何利用其残基附近环境的奥秘，这一研究将会为膜蛋白的相关催化机制和构架提出新的研究方向，未来科学家们可以进一步解析这种酶的催化机制，以及调控机理，并深入探讨NMR方法和晶体结构方法之间的分辨率差异。（生物通：万纹）

原文摘要：

Deubiquitinases Sharpen Substrate Discrimination during Membrane Protein Degradation from the ER

Newly synthesized membrane proteins are queried by ubiquitin ligase complexes and triaged between degradative and nondegradative fates. The mechanisms that convert modest differences in substrate-ligase interactions into decisive outcomes of ubiquitination are not well understood. Here, we reconstitute membrane protein recognition and ubiquitination in liposomes using purified components from a viral-mediated degradation pathway. We find that substrate-ligase interactions in the membrane directly influence processivity of ubiquitin attachment to modulate polyubiquitination. Unexpectedly, differential processivity alone could not explain the differential fates in cultured cells of degraded and nondegraded clients. Both computational and experimental analyses identified continuous deubiquitination as a prerequisite for maximal substrate discrimination. Deubiquitinases reduce polyubiquitin dwell times preferentially on clients that dissociate more rapidly from the ligase. This explains how small differences in substrate-ligase interaction can be amplified into larger differences in net degradation. These results provide a conceptual framework for substrate discrimination during membrane protein quality control.