膜蛋白質量控制器：訊號肽酶複合體

撰文丨十一月

膜蛋白是許多重要生物學功能的關鍵，但又很容發生錯誤摺疊，因此對膜蛋白進行分子質量控制是細胞和機體內穩態的重中之重

【1】

。錯誤摺疊的膜蛋白的降解與發生在

內質網上的降解過程

（Endoplasmic reticulum–associated degradation，

ERAD

）相關

【2】

。內質網上的膜整合蛋白酶是

訊號肽酶複合體

（Signal peptidase complex，

SPC

），這是內質網靶向訊號的決定性酶，作用是切割N端訊號肽

【3】

，這一功能被發現於上世紀七十年代。最近的研究表明，

訊號肽酶複合體也可以被病毒劫持促使蛋白成熟

【4】

，說明病毒能夠利用訊號肽酶複合體的某些固有活性，這表明

訊號肽酶複合體的作用不僅僅限於訊號肽切割。

為了對訊號肽酶複合體的其他的作用進行解析，德國慕尼黑工業大學

Matthias J. Feige

研究組與海德堡大學分子生物學中心

Marius K. Lemberg

研究組在

Science

合作發文題為

The human signal peptidase complex acts as a quality control enzyme for membrane proteins

，

發現訊號肽酶複合體SPC會作為膜蛋白質量控制因子發揮作用，有助於靶向錯誤摺疊或者多餘的蛋白質進行降解，從而確保膜蛋白質組的健康。

為了揭開訊號肽酶複合體的底物範圍，作者們對人類蛋白質組中包含非經典訊號肽N端裂解位點的蛋白進行分析，從中共識別出了262種膜蛋白，其N端跨膜螺旋具有SPC裂解位點。作者們將關注點放在了空隙連線蛋白Connexin上，先前的體外實驗表明具有訊號肽類似加工過程。作者們將攜帶致病性突變的Cx32（Connexin 32）進行SDS聚丙烯醯胺凝膠電泳，發現存在兩個條帶，透過蛋白質表位標記的發現這是由於N端切割引起的。另外，SPC預測的切割位點以及SPC抑制劑會阻礙Cx32的切割加工。這些結果證實了訊號肽酶複合體SPC的膜蛋白切割功能。

作者們發現，SPC對膜蛋白的這一切割加工功能並不是切割訊號肽，因為訊號肽是在生物合成的早期過程中被切割的，但是Cx32是在易位後才被加工的。作者們發現1297個人類膜蛋白存在N端SPC預測切割位點。作者們證實除了Cx32之外，中樞神經系統外環髓磷脂蛋白PMP22以及蛋白酶iRhom2也都能夠被SPC進行切割。這些證據表明SPC的底物範圍先前被大大低估了。

進一步地，作者們希望解決SPC切割加工是如何被調節的。先前進行的一項CRISPR篩選發現SPC中非催化亞基SPCS1與黃病毒多蛋白成熟相關，說明SPCS1可能是關鍵因子之一。作者們發現敲除SPCS1後，Cx32被切割的活性降低了50%。

與疾病相關的膜蛋白突變體被SPC切割可能表明其質量控制功能。因此，作者們推測錯誤摺疊的膜蛋白可能會將隱藏的SPC裂解位點暴露，從而易於被切割。透過結構解析以及引入增加穩定性與破壞穩定性的突變，作者們發現Cx32膜蛋白的錯誤摺疊會導致結構的解離，導致SPC裂解位點能夠有效的被識別。

另外，作者們的資料發現SPC的切割與膜蛋白的錯誤摺疊與組裝相關，因此可能與內質網相關的膜蛋白降解ERAD過程存在聯絡。作者們發現SPC複合體在內源生理水平與Hrd1以及輔因子FAM8A1存在相互作用。進一步地，透過CHX處理，作者們發現Hrd1會清除SPC產生的Cx32切割片段。

圖1 工作模型

總的來說，作者們的工作顯示訊號肽酶複合體SPC的非經典膜蛋白質量控制作用。膜蛋白中隱匿的SPC切割位點，在蛋白質摺疊以及組裝發生錯誤的時會被暴露出來，成為預定的切割斷點

（圖1）

。SPC的質量控制活性有助於清除發生故障的蛋白，控制蛋白質組裝並減輕內質網壓力，提高細胞適應性。

原文連結：

http://doi.org/10.1126/science.abo5672

參考文獻

1。 J。 T。 Marinko et al。，

Chem. Rev.

119， 5537–5606 （2019）。

2。 M。 K。 Lemberg， K。 Strisovsky，

Mol. Cell

81， 2507–2519 （2021）。

3。 G。 Blobel， B。 Dobberstein，

J. Cell Biol.

67， 835–851 （1975）。

4。 R。 Zhang et al。，

Nature

535， 164–168 （2016）

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