內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)位是分泌蛋白和膜蛋白生物合成的關(guān)鍵步驟，確保這些蛋白質(zhì)準(zhǔn)確定位并發(fā)揮功能。然而，信號(hào)序列的多樣性（體現(xiàn)在序列異質(zhì)性、構(gòu)象動(dòng)態(tài)性和轉(zhuǎn)運(yùn)途徑特異性上）對(duì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)位系統(tǒng)提出了精確識(shí)別、高效分選和嚴(yán)格質(zhì)控的挑戰(zhàn)。近日，上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院鄒燕與合作者在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）發(fā)表了題為“ATP13A1 engages SEC61 to facilitate substrate-specific translocation”的研究論文，報(bào)道了P5A型轉(zhuǎn)運(yùn)體ATP13A1能夠協(xié)助攜帶高疏水性和/或缺乏N端正電荷的非典型信號(hào)序列的蛋白質(zhì)通過(guò)SEC61通道完成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)位，鑒定出ATP13A1負(fù)責(zé)底物結(jié)合與選擇的關(guān)鍵氨基酸殘基，揭示了該蛋白在確保蛋白質(zhì)精準(zhǔn)高效分選和定位中的重要作用。

P型ATP酶（P-type ATPase）是維持細(xì)胞內(nèi)陽(yáng)離子和小分子物質(zhì)不對(duì)稱(chēng)分布的重要轉(zhuǎn)運(yùn)體家族，根據(jù)序列特征和底物特異性分為5個(gè)亞家族（P1-P5）。其中，P5A亞家族（哺乳動(dòng)物中為ATP13A1）在被發(fā)現(xiàn)后二十多年的時(shí)間里，其確切轉(zhuǎn)運(yùn)底物、門(mén)控機(jī)制及生理功能都未解析。哺乳動(dòng)物P5A ATP酶缺失會(huì)導(dǎo)致胚胎致死，人類(lèi)家系研究也表明，ATP13A1的功能降低突變（亞效突變）與智力缺陷、多動(dòng)癥、顱頜面異常等發(fā)育問(wèn)題以及反復(fù)呼吸道感染相關(guān)。鄒燕課題組前期在神經(jīng)元發(fā)育機(jī)制的系列研究中發(fā)現(xiàn)P5A ATP酶調(diào)控分泌蛋白和膜蛋白的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)位，但其底物特征和選擇機(jī)制尚不明確。

為解答這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，鄒燕和沃臻生物廖軍課題組聯(lián)合運(yùn)用細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)，證實(shí)P5A ATP酶ATP13A1調(diào)控一類(lèi)具有高疏水性和/或N端缺乏帶正電荷氨基酸殘基的非典型信號(hào)肽的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)位。本研究發(fā)現(xiàn)，含有這類(lèi)信號(hào)肽的新生蛋白通過(guò)信號(hào)識(shí)別顆粒（SRP）及其受體復(fù)合物，易以錯(cuò)誤的拓?fù)涑虿迦雰?nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。隨后，拓?fù)涑蝈e(cuò)誤的信號(hào)肽被ATP13A1拔出，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)交給SEC61轉(zhuǎn)位復(fù)合物完成正確轉(zhuǎn)位。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析了ATP13A1多種構(gòu)象（分辨率為3.40至3.87 ?）的結(jié)構(gòu)，鑒定了底物結(jié)合、特異性及構(gòu)象轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵殘基，揭示出ATP13A1底物口袋通過(guò)極性作用與信號(hào)肽互作的機(jī)制。

在進(jìn)化層面上，真核生物中靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號(hào)肽相較于原核生物中靶向質(zhì)膜的信號(hào)肽，其N端帶正電荷的氨基酸通常較少。這一特征可能有助于避免與細(xì)菌來(lái)源的線(xiàn)粒體靶向序列發(fā)生交叉干擾。真核生物中出現(xiàn)的P5A ATP酶（ATP13A1），通過(guò)協(xié)調(diào)蛋白質(zhì)質(zhì)量控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，為這類(lèi)易出錯(cuò)的信號(hào)肽提供了解決方案。由此，本研究揭示了一條對(duì)非典型（易出錯(cuò)）信號(hào)肽至關(guān)重要的轉(zhuǎn)位調(diào)控機(jī)制，為理解蛋白質(zhì)分泌系統(tǒng)如何高效、高保真地應(yīng)對(duì)多樣性底物提供了重要見(jiàn)解。

上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士畢業(yè)生楊小燕、李毅為該論文的共同第一作者。鄒燕、廖軍及鄒燕組博士畢業(yè)生豐志剛為共同通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。

文章鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adt1346