撰文丨十一月
蛋白質的合成通常會從甲硫氨酸開始，在翻譯過程中被去除。但是細胞中肌動蛋白則並不遵循這一規則，因為肌動蛋白的合成涉及到翻譯後乙醯化甲硫氨酸的去除。然而，到目前為止，去除乙醯化甲硫氨酸的蛋白酶還尚不清楚。為此，荷蘭癌症研究所Thijn R. Brummelkamp研究組在Science發文題為Actin maturation requires the ACTMAP/C19orf54 protease，通過蛋白質組學分析確定了C19orf54/ACTMAP肌動蛋白成熟蛋白酶促進肌動蛋白成熟，調節細胞骨架組織結構、力量產生以及細胞遷移的具體分子生物學機制。
人體內一共表達6種肌動蛋白，兩種細胞質肌動蛋白，四種肌肉肌動蛋白【1】。所有的肌動蛋白都需要N端的加工，這一過程被稱為肌動蛋白成熟【2】。對於細胞質中的beta以及gamma型肌動蛋白分子，起始的乙醯化甲硫氨酸被未知酶在翻譯後去除（圖1）。為了對肌動蛋白成熟過程進行研究，作者們生成了一種抗體，可以識別beta肌動蛋白未成熟的N端。由於沒有成熟beta肌動蛋白抗體，作者們使用成熟gamma肌動蛋白抗體作為替代。通過單倍體遺傳學方式【3-5】，作者們通過基因陷阱突變對方式的在高度不成熟肌動蛋白染色的細胞群中尋找被突變對基因。其中C19orf54符合目標參數，且得分最高。與其他目標相比，C19orf54從未在與肌動蛋白處理無關的篩選中被發現，這表明該過程具有特異性。隨後，根據該因子的功能作者們將這個其更名為肌動蛋白成熟蛋白酶ACTMAP。
圖1 尋找調節肌動蛋白成熟的蛋白酶
作者們發現敲除ACTMAP會導致未成熟肌動蛋白的成熟和積累。另外，作者們發現敲除ACTMAP並不會對肌動蛋白的總水平造成影響。因此，ACTMAP對肌動蛋白的成熟至關重要，並刺激胞質肌動蛋白中乙醯化蛋氨酸的切除步驟。由於ACTMAP是一種未表徵蛋白，作者們通過AlphaFold蛋白結構資料庫對其對預測結構進行了分析，推測可能具有半胱氨酸蛋白酶活性。為了確定ACTMAP是否真的是半胱氨酸蛋白酶，作者們用野生型和半胱氨酸突變型ACTMAP轉基因回補ACTMAP敲除細胞。野生型ACTMAP完全恢復了肌動蛋白的加工過程，而半胱氨酸的點突變阻止了這一過程。因此，ACTMAP半胱氨酸蛋白酶活性對肌動蛋白的成熟至關重要。隨後體外重組蛋白酶活性測試也證明了這一點。
進一步地，作者們對ACTMAP的蛋白質相互作用組進行分析，發現肌動蛋白以及肌動蛋白相關蛋白高度富集，說明 ACTMAP特異性靶向肌動蛋白。其中肌動蛋白結合蛋白PFN1以及PFN2A/B與的ACTMAP相互作用，促進高效的肌動蛋白成熟加工。
為了對ACTMAP生理水平對功能進行鑒定，作者們在小鼠中敲除了Actmap，發現Actmap敲除並不會導致小鼠死亡，但是會造成多種肌動蛋白成熟缺陷。體外分離比目魚肌的伸縮參數測量表明Actmap敲除後會導致肌肉強度、肌纖維長度以及伸縮能力的改變。
總的來說，作者們的工作鑒定發現了肌動蛋白成熟蛋白酶ACTMAP，為肌動蛋白成熟加工過程中未知空白提供了答案，並證實了該蛋白具有半胱氨酸蛋白酶活性，且對小鼠肌肉強度等功能非常關鍵。
原文鏈接：
http://doi.org/10.1126/science.abq5082
製版人：十一
參考文獻
1. T. D. Pollard, J. A. Cooper, Science 326, 1208–1212 (2009).
2. S. Varland, J. Vandekerckhove, A. Drazic, Trends Biochem. Sci. 44, 502–516 (2019)
3. M. Brockmann et al., Nature 546, 307–311 (2017).
4. M. E. W. Logtenberg et al., Nat. Med. 25, 612–619 (2019).
5. J. Nieuwenhuis et al., Science 358, 1453–1456 (2017).
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