內質網質量控制系統精密地調控并維持著生命體蛋白質穩態水平，將錯誤折疊或不再需要的蛋白質通過泛素-蛋白酶體途徑降解。在內質網關聯蛋白質降解過程中，被多聚泛素化修飾的膜蛋白需要特別地從其所駐留的內質網磷脂雙分子層膜中逆向轉運至細胞質中，才能被位于細胞質中的蛋白酶體所降解。

　　膜蛋白的跨膜區通常由一個或者多個疏水跨膜螺旋（Transmembrane domains, TMDs）構成，它們整合在內質網膜中，并和膜磷脂緊密地結合。因此，膜蛋白的跨膜逆向轉運要克服能量障礙，讓疏水跨膜螺旋和磷脂分離，這一過程由AAA-ATPase p97水解ATP產生的拉力來驅動。當某一疏水跨膜螺旋從內質網膜中分離后，其必須被持續地護送直至與p97相結合，以避免其在細胞質的水環境中非特異性聚集或產生不必要的互作，導致蛋白質降解受抑制并引起內質網或細胞應激。然而，膜蛋白的疏水跨膜螺旋持續地被護送至p97的具體機制尚無研究。

　　近期，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心張在榮課題組在國際學術期刊Molecular Cell上在線發表了題為“TMUB1 is an endoplasmic reticulum-resident escortase that promotes the p97-mediated extraction of membrane proteins for degradation”的研究論文。該研究首次發現了TMUB1作為膜蛋白降解過程中跨膜螺旋特異的護送因子，并揭示了TMUB1護送逆向轉運的疏水跨膜螺旋從內質網膜轉移至p97的分子機制。

　　該工作以免疫應答相關的受體亞基TAP2和TCR等多種膜蛋白為研究對象，發現TMUB1能特異性地促進帶有強或中等疏水跨膜螺旋的膜蛋白在p97的驅動下從內質網膜向細胞質的轉運這一關鍵過程。當底物膜蛋白跨膜區位于內質網膜磷脂層中時，定位于內質網膜的TMUB1通過跨膜結構域結合底物膜蛋白的疏水跨膜螺旋。隨后，在底物跨膜螺旋從內質網膜分離并發生逆向轉運的過程中，TMUB1細胞質結構域能臨時地結合從磷脂層中出來的約10～14個氨基酸長度的約半個疏水跨膜螺旋。TMUB1的類泛素結構域能招募p97，其將結合在TMUB1細胞質結構域的疏水跨膜螺旋分離并釋放到細胞質中。一旦破壞了TMUB1的疏水跨膜螺旋護送功能，膜蛋白的逆向轉運無法順利完成，導致部分肽鏈跨膜轉運、剩余肽鏈滯留在內質網膜上的底物降解中間體大量累積。

　　由此，本項工作鑒定了位于內質網膜的疏水跨膜螺旋特異性的逆向轉運護送因子。結合多種細胞內和體外重構實驗，本工作揭示了在膜蛋白降解過程中，由內質網發生逆向轉運而部分暴露在細胞質的疏水跨膜螺旋會持續性地被TMUB1護送的分子機制。TMUB1促進了膜蛋白的逆向轉運，其護送功能會縮短經p97作用下發生逆向轉運的疏水跨膜螺旋暴露在細胞質的停留時間，避免有害中間體的聚集。該研究也為哺乳動物跨膜蛋白逆向轉運這一研究難題提出了新的研究模式，推動了膜蛋白降解和逆向轉運這一基本蛋白質運動過程的進一步研究。

　　上海有機所生物與化學交叉研究中心張在榮課題組已畢業博士生王林寒、研究生李紀強和科研助理汪清晨為該論文的共同第一作者，張在榮研究員為該論文的通訊作者。該工作得到了交叉中心張耀陽研究員和四川大學曹洋博士的協助和支持。該研究受中國科學院和上海市科學技術委員會資助。

　　 論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1fZV33vVUPK8Xf

圖1 TMUB1護送底物疏水跨膜螺旋從內質網膜轉移至p97 ATPase的工作模型