国内做蛋白质组学的公司（蛋白质车间质检员-高尔基体）

车神 2022-12-05 03:34:45 380

国内做蛋白质组学的公司（蛋白质车间质检员-高尔基体）蛋白质从高尔基体回收到内质网芽殖酵母高尔基体蛋白质量控制(PQC)示意图。图中显示了HDEL受体(HDEL-R)和Rer1-介导的回收途径(retrievalpathways），它们将客户蛋白(clients) (如Kar2(BiP)和Sec12)分别返回到内质网(endoplasmic reticulum ER)。此外，还显示了与高尔基体-PQC相关的泛素(Ub)依赖的蛋白酶体和溶酶体降解途径、ESCRT(endosomal sorting complexes required fortransport 转运所需的核内体分选复合物)、EGAD(endosome and Golgi associated degradation 核内体和高尔基体相关降解)、Dsc (Defective inSREBP cleavage)E3泛素连接酶复合物。图中所有膜蛋白均通过ESCRT依赖的溶酶体途径

细胞器蛋白质质量控制

在真核细胞中，为了维持蛋白质稳态(proteostasis)，在细胞器水平上通常进行着不同的蛋白质质量控制(protein qualitycontrol PQC)。

具有膜结构的细胞器，如内质网(ER)、高尔基体、质膜(PM)、内溶酶体系统、线粒体和过氧化物酶体，都采用特定的PQC机制。不同的细胞器的PQC不仅有助于折叠和组装蛋白质复合体，对于确定蛋白质的质量、数量和正确定位有显著意义，还可以检测错误折叠的蛋白和孤儿蛋白，将其泛素化并进行选择性降解。泛素化蛋白可以从细胞器中被提取到胞浆中进行蛋白酶体降解，也可以被分选到溶酶体中进行降解。

PQC能够防止蛋白毒性作用，以免细胞损伤而致病。当PQC失效时，错误折叠的蛋白或孤儿蛋白开始累积，显示出蛋白质毒性，破坏细胞器完整性和细胞功能。

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高尔基体PQC的重要方面

许多高尔基体蛋白首先被共翻译并且必须通过内质网的PQC系统。ER-PQC利用伴侣蛋白和ER相关降解(ER associated degradation，ERAD)消除错误折叠的蛋白。ERAD的中心是多亚基E3泛素连接酶复合物。泛素连接酶复合物可以检测到蛋白质的膜、胞质或管腔结构域的缺陷，促进这些有缺陷的蛋白质跨ER膜逆向转运进行泛素化。泛素化底物被AAA-ATP酶VCP(酵母中:Cdc48)完全提取到胞质中，然后被转移到蛋白酶体中进行降解。目前认为只有少数错误折叠的蛋白会逃逸出ER-PQC到达高尔基体。

高尔基体是分选和修饰蛋白质的中心站。高尔基体的功能缺陷会导致一系列与疾病相关的细胞缺陷。高尔基体-PQC系统可以正确折叠和修饰蛋白质并将组装的蛋白质复合体持续运输到目的地，也可以将错误折叠的蛋白质以及孤儿蛋白回收到ER，进行蛋白酶体降解或溶酶体降解。因此，蛋白质回收和蛋白质降解途径是高尔基PQC的两个重要方面(图1)。

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芽殖酵母高尔基体蛋白质量控制(PQC)示意图。图中显示了HDEL受体(HDEL-R)和Rer1-介导的回收途径(retrievalpathways），它们将客户蛋白(clients) (如Kar2(BiP)和Sec12)分别返回到内质网(endoplasmic reticulum ER)。此外，还显示了与高尔基体-PQC相关的泛素(Ub)依赖的蛋白酶体和溶酶体降解途径、ESCRT(endosomal sorting complexes required fortransport 转运所需的核内体分选复合物)、EGAD(endosome and Golgi associated degradation 核内体和高尔基体相关降解)、Dsc (Defective inSREBP cleavage)E3泛素连接酶复合物。图中所有膜蛋白均通过ESCRT依赖的溶酶体途径降解，而Orm2是唯一一个通过蛋白酶体降解的底物。Vps10将管腔蛋白分选进入液泡。图中还描述了ERAD(内质网相关降解)。

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蛋白质从高尔基体回收到内质网

内质网驻留蛋白(ER residentproteins)逃逸进入高尔基体，通过COPI介导的逆行转运从高尔基体再返回到ER，连接了高尔基体-PQC和ER-PQC系统。

在芽殖酵母中，回收信号(retrieval signal) HDEL与HDEL-R相互作用。HDEL-R客户蛋白是一种ER驻留蛋白(例如Kar2/BiP)，当它们逃逸到高尔基体中(图1)，KDEL-R会将客户蛋白靶向运送到COPI有被小泡(COPI coatedvesicles)，后逆行转运至ER。KDEL-R介导的回收对于保持ER的完整性至关重要。

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此外，膜蛋白也可以被回收到ER。内质网驻留分选受体1（retention in ER sortingreceptor 1 Rer1）（图1）能识别回收信号，并通过COPI有被小泡将客户蛋白回收到ER。已经确定了好几种Rer1客户蛋白（芽殖酵母中包括Sec12、Sec63、Sec71和fe3p，哺乳动物中包括nicastrin preenilin enhancer 2等）(表1)。即使失去Rer1介导的ER回收，Rer1客户蛋白也不会在高尔基体积累，而是被选择性降解。这表明，高尔基PQC可以检测到错误折叠和孤儿蛋白，并利用选择性溶酶体和蛋白酶降解途径来维持蛋白稳态。

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高尔基体腔内蛋白的溶酶体降解途径

6-磷酸甘露糖受体(Mannose-6-phosphatereceptor MPR)可以介导高尔基体腔内蛋白转入溶酶体。ADP-核糖基化因子(ADP-ribosylationfactor ARF) 能与MPR结合并将其分选到溶酶体中的网格蛋白有被小泡(clathrin-coatedvesicles)中。

目前还不完全清楚高尔基体腔内的错误折叠蛋白是如何选择性进入溶酶体降解的。早期对芽殖酵母的研究表明，分选受体Vps10不仅将正确折叠的液泡水解酶从高尔基体腔中分选到液泡中，而且还将错误折叠的蛋白质引入到液泡腔中进行降解(表1)(图1)。

同样在人类细胞中，Sortilin (Vps10的同源物)可以将部分α-1抗胰蛋白酶(antitrypsin ATZ)的Z变体分选到溶酶体中进行降解。在肝细胞中，sortilin可以将一部分载脂蛋白B100 (ApoB)从高尔基体靶向运到溶酶体进行降解，从而控制肝脏的ApoB水平。此外，一些不稳定的膜蛋白和突变的朊病毒蛋白也从高尔基体中被分选到溶酶体中进行降解(表1)。目前尚未确定高尔基PQC系统是否可以选择性地将未折叠的蛋白供溶酶体降解。高尔基PQC过程的机制还不清楚。

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ESCRT机制下膜蛋白的溶酶体降解

大多数膜蛋白在内质网后腔室进行泛素化，再经多泡体(multivesicularbody MVB)途径分泌进而被溶酶体降解。MVB途径由转运所需的核内体分选复合物(endosomal sortingcomplexes required for transport ESCRT)介导。5个ESCRT复合物(ESCRT-0 -I -II -III和Vps4)协调促进这两个过程。

(1)配体分选:ESCRT-0 -I和-II与核内体上的泛素化跨膜蛋白结合。

(2)膜凹陷和分离: ESCRT-III/Vps4复合物使限制性膜变形凹陷到核内体腔内，并断裂分离。

管腔内膜泡(intralumenalvesicle ILV)从限制性膜凹陷分离并释放到核内体腔内。这一过程重复进行使ILVs充满核内体，并促进MVBs的成熟。MVBs与溶酶体融合致使ILVs及其配体的降解(图1)。

一些泛素连接酶复合物能促进膜蛋白的泛素化，使之成为ESCRT-介导的溶酶体降解的客户蛋白。泛素连接酶Rsp5(在哺乳动物中:NEDD4)与不同的底物衔接蛋白(adaptor proteins)形成复合物，选择性地将膜蛋白泛素化以进行ESCRT介导的降解。例如在芽殖酵母中的抑制蛋白相关运输衔接蛋白(arrestin-relatedtrafficking adaptors ART)。ART-Rsp5复合物可以将其底物泛素化并启动胞吞作用和ESCRT依赖的溶酶体降解。

跨膜衔接蛋白Ear1或Ssh4与Rsp5形成复合物，可以检测缺陷蛋白和已经逃脱PM-PQC的高尔基体、核内体和液泡中的孤儿蛋白。这些孤儿蛋白暴露出来的赖氨酸残基可以被Ear1/Ssh4-Rsp5泛素连接酶复合物识别(图1)。这些蛋白一旦被Rsp5复合物泛素化，就会被ESCRT机制分选进入溶酶体进行降解。

在芽殖酵母中，泛素连接酶Tul1与Dsc2、Dsc3和Ubx3组合成Dsc E3泛素连接酶复合物。Dsc复合物可以检测到缺陷蛋白和跨膜结构域中具有极性氨基酸残基的蛋白，将它们泛素化以实现后续的ESCRT依赖性降解。(表1)(图1)

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高尔基体蛋白质提取和蛋白酶体降解

大多数Dsc底物在液泡内以ESCRT依赖的方式降解。但一种Dsc底物——Orm2已经被证明是从膜中提取出来进行蛋白酶体降解，这一过程被称为核内体和高尔基体相关降解(endosome and Golgiassociated degradation EGAD) (图1)。目前尚不清楚Dsc E3泛素连接酶复合物如何在高尔基体上识别Orm2进行多泛素化。一旦被泛素化，泛素化膜蛋白就被Cdc48提取到胞浆中进行蛋白酶体降解。

酵母细胞也可以利用蛋白酶体降解已经逃逸出ERAD的管腔蛋白。在哺乳动物细胞中，VCP可以从高尔基体中提取膜相关蛋白，在26S蛋白酶体中进行降解。这一过程被称为高尔基体相关降解(Golgi apparatus related degradation GARD)。蛋白酶体降解途径对高尔基体-PQC和post-ER的蛋白酶稳定很重要。

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