董民团队揭示内质网膜蛋白复合物调控跨膜蛋白合成关键规律

来源：BioArt

真核细胞内跨膜蛋白的合成以及膜整合主要发生在内质网，其机理是细胞生物学的中心问题之一。内质网膜蛋白复合体（ER Membrane Protein Complex，EMC）作为内质网上跨膜蛋白合成以及膜整合的关键调控因子之一成为最近几年的研究热点。EMC在真核生物中具有高度的保守性，哺乳动物细胞包含10个EMC成员（EMC1-10）。EMC成员的丢失或减少与许多细胞过程的异常及多种疾病的发生密切相关。近年来陆续有研究报道EMC成分的缺失会破坏多种跨膜蛋白的稳定性，并引起它们的降解。最近有研究证明EMC作为插入酶，参与部分尾端锚定蛋白（tail-anchored protein）及部分G蛋白欧联受体（G-protein-coupled receptors）的膜整合， 但目前对于EMC具体参与哪些种类跨膜蛋白合成和整合的了解还很有限。

2019年9月3日，哈佛医学院波士顿儿童医院董民博士组（共同第一作者为哈佛医学院波士顿儿童医院田松海博士和中国科学技术大学第一附属医院生命科学与医学部伍权博士）在Cell Reports杂志发表了题为Proteomic Analysis Identifies Membrane Proteins Dependent on the ER Membrane Protein Complex的研究论文。报道了他们运用定量蛋白质组学技术分析内质网膜蛋白复合体（EMC）相关的细胞膜蛋白组成，并揭示EMC调控膜蛋白合成和膜整合的规律。

为了探究EMC在细胞膜蛋白合成中的作用，研究者通过CRISPR-Cas9技术构建了EMC4和EMC6缺陷的细胞系并利用同位素标记的定量蛋白质组学技术比较了野生型 （WT），EMC4和EMC6缺陷细胞系的膜蛋白水平。研究共鉴定到5570个蛋白，其中971个蛋白具有已知的或可预测的跨膜结构域（transmembrane domains, TMDs）（图1）。

图1. 定量蛋白质组学分析EMC缺陷细胞系 

接下来研究者对971个膜蛋白进行分析，鉴定出了36个依赖于EMC的蛋白（不包括其他7个EMC成员）。研究者进一步分析发现EMC依赖性并不直接取决于蛋白的亚细胞分布及其跨膜结构域（TMDs）的数量（图2），但是具有膜转运功能的蛋白更倾向于依赖EMC。

图2. EMC依赖的膜蛋白包含多个跨膜结构域（TMDs）

利用突变实验，研究者发现减少TMDs中极性或带电残基可以将EMC依赖蛋白转变成EMC非依赖蛋白；向TMDs引入极性残基能将EMC非依赖蛋白转换为EMC依赖蛋白。以上实验结果表明EMC依赖性与跨膜结构域（TMD）中的极性和/或带电残基密切相关。

综上所述，内质网膜蛋白复合体(EMC)是促进跨膜蛋白生成以及膜整合的关键调控因子，但是对于该过程的机制以及EMC依赖蛋白的具体信息目前知道的还不多。在本篇研究中，研究者通过定量蛋白质组学技术比较分析了EMC缺陷和野生型（WT）细胞的膜蛋白组成，共鉴定到36个EMC依赖的膜蛋白和171个EMC非依赖的膜蛋白。同时，研究者揭示了EMC依赖的蛋白具有的共同特征即包含极性和/或带电残基的跨膜结构域（TMD），改变TMD中极性或带电残基的数量可以调整该膜蛋白的EMC依赖性。该研究成果不仅为膜蛋白领域的研究提供新思路，更为未来膜蛋白异常相关疾病的诊治提供靶点。 

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.08.006