新发现的甘露糖 - 6 - 磷酸依赖蛋白运输途径调节因子,为疾病治疗和病毒研究带来新希望

【字体: 时间:2025年03月06日 来源:BIOspektrum

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  为探究甘露糖 - 6 - 磷酸(M6P)依赖的蛋白运输途径,研究人员发现新调节因子,为相关疾病治疗和研究提供方向。

  在细胞这个微观世界里,溶酶体就像一个个勤劳的 “清道夫”,承担着分解和回收大分子物质的重任,维持着细胞内环境的稳定。而溶酶体发挥功能,离不开 60 多种水解酶的帮忙,这些水解酶在合成后,需要经过一系列复杂的运输过程,才能准确抵达溶酶体 “上岗工作”。其中,甘露糖 - 6 - 磷酸(M6P)依赖的蛋白运输途径起着关键作用。在这个运输途径中,N - 乙酰葡糖胺 - 1 - 磷酸转移酶(GNPT)负责催化 M6P 标记的第一步,然而,曾经人们以为对这条运输途径已经了如指掌,可实际上仍存在许多未知。比如,GNPT 在细胞内的定位和稳定是如何调控的,一直是个未解之谜。而且,一些与该运输途径相关的疾病,像粘脂贮积症 II 型(Mucolipidose Typ II )和 III 型(Mucolipidose Typ III ),目前也缺乏有效的治疗手段。为了深入了解这些问题,来自德国基尔大学和石勒苏益格 - 荷尔斯泰因大学医院临床分子生物学研究所的 Zilei Chen、Anna La Rosa、Sabrina Jabs 等人展开了相关研究,研究成果发表在《BIOspektrum》杂志上。
研究人员在研究过程中主要运用了以下几种关键技术方法:一是全基因组 CRISPR 敲除筛选技术,通过这项技术,在不同的研究目的下,筛选出了与 M6P 运输途径相关的重要基因;二是对细胞进行基因敲除实验,构建相关基因敲除的细胞模型,如 LYSET-KO 细胞、GOLPH3/GOLPH3L-KO 细胞,用于研究基因缺失对细胞内蛋白运输和代谢的影响。

下面来看看具体的研究结果:

  1. LYSET 阻止 GNPT 降解:过去人们认为,与 M6P 依赖的溶酶体生物发生相关的基因已被完全揭示。但随着全基因组遗传筛选技术的发展,研究人员在三项独立的全基因组 CRISPR 敲除筛选中,发现了一种名为 TMEM251 的基因,后来它被重新命名为 LYSET(溶酶体酶运输因子,Lysosomal Enzyme Trafficking Factor)。研究表明,LYSET 是 M6P 运输途径中至关重要的高尔基体膜蛋白,它对于 GNPT 在顺式高尔基体中的定位和稳定必不可少。当 LYSET 缺失或无法与 GNPT 结合时,GNPT 会被运输到溶酶体并在那里被降解。这就导致大多数溶酶体水解酶无法进行 M6P 修饰,进而被分泌到细胞外,使得溶酶体失去功能。此外,在患有类似粘脂贮积症 II 型 / III 型疾病的儿童患者中,发现了 LYSET 基因突变,这进一步证实了 LYSET 在 M6P 依赖的蛋白运输途径中的重要性。
  2. M6P 标记膜蛋白:有趣的是,并非只有溶酶体水解酶会被添加 M6P 残基,已有研究发现存在 M6P 修饰的膜蛋白,但这些 M6P 残基的功能一直不清楚。研究人员与基尔大学的 Matthias Voss 博士团队合作研究发现,β - 半乳糖基转移酶 B4GALT5 会被 M6P 修饰,在被高尔基体定位的膜内蛋白酶 SPPL3 切割后,会被运输到溶酶体。如果没有发生 GNPT/LYSET 依赖的 M6P 标记,可溶性的 B4GALT5 结构域会和未被磷酸化的溶酶体水解酶一起被分泌出去。目前,关于 M6P 标记是代表一种基础的或可激活的溶酶体降解途径,还是普遍调节特定膜蛋白的功能和定位,仍是后续研究的重点。
  3. 顺式高尔基体中 LYSET/GNPT 的定位通过逆向运输维持:GNPT 复合物在顺式高尔基体中的定位和功能,还需要另一层面的调控。随着高尔基体囊泡的顺 - 反成熟,驻留的高尔基体酶会不断被顺向运输。为了维持 GNPT/LYSET 复合物在高尔基体特定囊泡的准确定位,COPI(coat protein complex I)囊泡和各种衔接蛋白负责将糖基转移酶以及 GNPT/LYSET 复合物逆向运输。研究人员发现,GOLPH3 及其旁系同源物 GOLPH3L 能够结合 LYSET 的胞质 C 末端,确保复合物在顺式高尔基体中保持稳定状态。在 GOLPH3/GOLPH3L 缺陷的细胞中,GNPT/LYSET 复合物无法通过 COPI 囊泡逆向运输,LYSET 和 GNPT 都会被溶酶体降解,从而导致甘露糖 - 6 - 磷酸化的继发性缺陷。

综上所述,这项研究发现了 M6P 依赖的蛋白运输途径中的新调节因子 LYSET、GOLPH3 和 GOLPH3L,它们在多个层面上对 GNPT 复合物的功能进行调控。这些调节因子的发现,为抗病毒治疗、抑制特定肿瘤生长以及治疗粘脂贮积症 II 型等溶酶体贮积症提供了潜在的攻击靶点,开辟了新的研究方向,有望为相关疾病的治疗带来新的突破。同时,也为深入理解细胞内蛋白运输机制和溶酶体功能提供了重要依据,推动了生命科学和健康医学领域的进一步发展。

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