撰文丨十一月
蛋白质的合成通常会从甲硫氨酸开始，在翻译过程中被去除。但是细胞中肌动蛋白则并不遵循这一规则，因为肌动蛋白的合成涉及到翻译后乙酰化甲硫氨酸的去除。然而，到目前为止，去除乙酰化甲硫氨酸的蛋白酶还尚不清楚。为此，荷兰癌症研究所Thijn R. Brummelkamp研究组在Science发文题为Actin maturation requires the ACTMAP/C19orf54 protease，通过蛋白质组学分析确定了C19orf54/ACTMAP肌动蛋白成熟蛋白酶促进肌动蛋白成熟，调节细胞骨架组织结构、力量产生以及细胞迁移的具体分子生物学机制。
人体内一共表达6种肌动蛋白，两种细胞质肌动蛋白，四种肌肉肌动蛋白【1】。所有的肌动蛋白都需要N端的加工，这一过程被称为肌动蛋白成熟【2】。对于细胞质中的beta以及gamma型肌动蛋白分子，起始的乙酰化甲硫氨酸被未知酶在翻译后去除（图1）。为了对肌动蛋白成熟过程进行研究，作者们生成了一种抗体，可以识别beta肌动蛋白未成熟的N端。由于没有成熟beta肌动蛋白抗体，作者们使用成熟gamma肌动蛋白抗体作为替代。通过单倍体遗传学方式【3-5】，作者们通过基因陷阱突变对方式的在高度不成熟肌动蛋白染色的细胞群中寻找被突变对基因。其中C19orf54符合目标参数，且得分最高。与其他目标相比，C19orf54从未在与肌动蛋白处理无关的筛选中被发现，这表明该过程具有特异性。随后，根据该因子的功能作者们将这个其更名为肌动蛋白成熟蛋白酶ACTMAP。
图1 寻找调节肌动蛋白成熟的蛋白酶
作者们发现敲除ACTMAP会导致未成熟肌动蛋白的成熟和积累。另外，作者们发现敲除ACTMAP并不会对肌动蛋白的总水平造成影响。因此，ACTMAP对肌动蛋白的成熟至关重要，并刺激胞质肌动蛋白中乙酰化蛋氨酸的切除步骤。由于ACTMAP是一种未表征蛋白，作者们通过AlphaFold蛋白结构数据库对其对预测结构进行了分析，推测可能具有半胱氨酸蛋白酶活性。为了确定ACTMAP是否真的是半胱氨酸蛋白酶，作者们用野生型和半胱氨酸突变型ACTMAP转基因回补ACTMAP敲除细胞。野生型ACTMAP完全恢复了肌动蛋白的加工过程，而半胱氨酸的点突变阻止了这一过程。因此，ACTMAP半胱氨酸蛋白酶活性对肌动蛋白的成熟至关重要。随后体外重组蛋白酶活性测试也证明了这一点。
进一步地，作者们对ACTMAP的蛋白质相互作用组进行分析，发现肌动蛋白以及肌动蛋白相关蛋白高度富集，说明 ACTMAP特异性靶向肌动蛋白。其中肌动蛋白结合蛋白PFN1以及PFN2A/B与的ACTMAP相互作用，促进高效的肌动蛋白成熟加工。
为了对ACTMAP生理水平对功能进行鉴定，作者们在小鼠中敲除了Actmap，发现Actmap敲除并不会导致小鼠死亡，但是会造成多种肌动蛋白成熟缺陷。体外分离比目鱼肌的伸缩参数测量表明Actmap敲除后会导致肌肉强度、肌纤维长度以及伸缩能力的改变。
总的来说，作者们的工作鉴定发现了肌动蛋白成熟蛋白酶ACTMAP，为肌动蛋白成熟加工过程中未知空白提供了答案，并证实了该蛋白具有半胱氨酸蛋白酶活性，且对小鼠肌肉强度等功能非常关键。
原文链接：
http://doi.org/10.1126/science.abq5082
制版人：十一
参考文献
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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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