Cell：CRISPR揭示惊人发现，百种蛋白都听命于谁？

　　

生物通报道  我们身体内的每一个细胞都懂得利用磷酸化作用——通过添加磷酸基团这一化学标记来控制蛋白质的功能和命运。尽管人们已充分了解了在细胞内起作用的大多数蛋白质的磷酸化过程，一些细胞外蛋白质的磷酸化过程却仍然是个谜。然而从伤口愈合到骨形成，人类的健康和疾病很大程度上却依赖于在细胞外起作用的蛋白。

现在来自加州大学圣地亚哥医学院的研究人员获得了一个令人惊讶的研究发现：100多种分泌蛋白的磷酸化作用都受到一个叫做Fam20C的酶的支配。这一研究发现发布在6月18日的《细胞》（Cell）杂志上。

论文的资深作者、加州大学圣地亚哥医学院教授Jack Dixon博士说：“这项工作为细胞生物学和生物医学研究的许多方面，例如研究癌细胞如何转移，打开了一个全新的发现领域，并提供了许多新的治疗靶点。”

例如，遗传了Fam20C突变的新生儿会罹患一种叫做Raine综合征的罕见疾病。缺失完全功能的Fam20C会造成骨畸形，这一疾病通常可导致新生儿出生即丧命。而另一方面，许多类型的癌症已知都会过度生成Fam20。

为了深入探讨Fam20C对人类健康和疾病所起的作用，Dixon研究小组利用了一种新的流行基因编辑技术CRISPR/Cas9来删除了实验室培养的肝癌、乳腺癌和骨癌细胞中的Fam20C基因（延伸阅读：Nature技术突破：光控CRISPR-Cas9系统 ）。随后他们收集了这些Fam20C缺陷癌细胞和未操控癌细胞的培养液，分析了每个样品中包含的蛋白质。让他们惊讶地是，研究人员发现Fam20C并不只是对于骨矿物化有关的蛋白质起作用。在每种细胞类型中，90%的分泌蛋白都是被Fam20C磷酸化——总共有100多种不同的蛋白质。

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Dixon研究小组还检测了在有无Fam20C的情况下，乳腺癌细胞迁移和侵袭周围组织的能力。在一系列的实验室测试中，他们发现缺失这种酶的细胞移动能力严重受遏。这意味着，在现实的乳腺癌情况下，Fam20C有可能帮助了肿瘤转移。

论文的共同第一作者、Dixon 实验室研究人员Sandra Wiley 博士说：“近60年来蛋白质磷酸化研究揭示出了细胞内蛋白质磷酸化作用许多重要的功能，因此没有理由让人们相信细胞外蛋白质的磷酸化作用会有所不同。我们现正在调查被Fam20C磷酸化的每个蛋白质的生物学功能和重要性。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

A Single Kinase Generates the Majority of the Secreted Phosphoproteome

The existence of extracellular phosphoproteins has been acknowledged for over a century. However, research in this area has been undeveloped largely because the kinases that phosphorylate secreted proteins have escaped identification. Fam20C is a kinase that phosphorylates S-x-E/pS motifs on proteins in milk and in the extracellular matrix of bones and teeth. Here, we show that Fam20C generates the majority of the extracellular phosphoproteome. Using CRISPR/Cas9 genome editing, mass spectrometry, and biochemistry, we identify more than 100 secreted phosphoproteins as genuine Fam20C substrates. Further, we show that Fam20C exhibits broader substrate specificity than previously appreciated. Functional annotations of Fam20C substrates suggest roles for the kinase beyond biomineralization, including lipid homeostasis, wound healing, and cell migration and adhesion. Our results establish Fam20C as the major secretory pathway protein kinase and serve as a foundation for new areas of investigation into the role of secreted protein phosphorylation in human biology and disease.