開辟了多種跨膜蛋白進入細胞核實現尚未識功能的可能

　　具有多個跨膜結構域的跨膜蛋白很少在細胞核內發現。為了實現核內定位，必須首先從宿主膜中提取假設的跨膜蛋白，并且必須保護多個疏水跨膜結構域免受細胞質親水環境的影響，以保持蛋白質的正確構象。從機制上講，這帶來了相當大的挑戰。

　　2021年6月7日，上海交通大學王紅霞團隊在Cell Research 在線發表題為“Nuclear translocation of the 4-pass transmembrane protein Tspan8”的研究論文，該研究表明4 次跨膜蛋白 Tspan8 可以通過使用胞質蛋白核轉位機制實現核定位。該研究數據表明膽固醇對于這種核易位很重要，可能是通過在易位過程中結合和保護疏水性跨膜結構域來實現的。該研究開辟了多種跨膜蛋白可以進入細胞核以實現目前尚未識別的功能的可能性。

　　具有多個跨膜結構域的跨膜蛋白很少在細胞核內發現，這是有充分理由的。為了實現核內定位，必須首先從宿主膜中提取假設的跨膜蛋白，并且必須保護多個疏水跨膜結構域免受細胞質親水環境的影響，以保持蛋白質的正確構象。從機制上講，這帶來了相當大的挑戰。

　　四跨膜蛋白 8 (Tspan8) 是四跨膜蛋白家族的成員，所有這些家族都包含 4 個跨膜結構域。四跨膜蛋白家族蛋白在質膜上形成脂筏樣富含四跨膜蛋白的微區 (TEM)，其中富含膽固醇。四跨膜蛋白含有多個棕櫚酰化位點，四跨膜蛋白的棕櫚酰化是其與膽固醇結合所必需的。偶然地，研究人員發現 Tspan8-mCherry 可以定位在細胞核內。Z-stack 活細胞成像顯示 Tspan8-mCherry 如預期存在于質膜上；有趣的是，細胞質和細胞核內也存在Tspan8-mCherry 信號。HA-Tspan8 顯示出類似的定位模式，這表明標簽的位置和類型不影響 Tspan8 的定位。相比之下，另一個四跨膜蛋白家族成員 Tspan4 不定位于細胞核內。Tspan8 的核定位可以在多個細胞系中找到，這表明它是一種普遍現象。重要的是，內源性 Tspan8 存在于多個細胞系的核部分中，表明 Tspan8 的核定位不是由過度表達引起的人工產物。

　　文章模式圖（圖源自Cell Research）

　　為了測試細胞溶質 Tspan8-mCherry 是否可以轉位到細胞核中，該研究用 mMaple3（一種可光轉換的熒光蛋白）標記了 Tspan8。研究發現，在對細胞質中的 Tspan8-mMaple3 進行光轉換后不久，轉換后的 Tspan8-mMaple3 信號開始在細胞核中升高，這表明細胞質 Tspan8 可以進入細胞核。接下來，研究了 Tspan8 以哪種形式易位到細胞核中。該研究確認在 Tspan8-mCherry 的 C 端添加 APEX2 標簽不會影響 Tspan8-mCherry 的核易位。令我們驚訝的是，該有發現細胞核內的 APEX2 信號與任何膜結構無關。這表明 Tspan8-mCherry-APEX2 不會以囊泡的形式轉移到細胞核中。

　　Tspan8 如何在沒有膜的情況下保持其構象以保護其疏水性跨膜結構域？由于四跨膜蛋白可以結合膽固醇，Tspan8 是否可能作為 Tspan8/膽固醇復合物運輸？在這種情況下，疏水性跨膜結構域可以受到膽固醇的保護，從而保持正確的構象。研究發現，盡管高 MW 部分中存在少量核 Tspan8，但絕大多數核 Tspan8 存在于低 MW 部分中。這表明 Tspan8 不太可能像 TEM 一樣被轉運到細胞核中。

　　14-3-3 蛋白以其在調節其貨運蛋白的亞細胞定位中的作用而聞名。該研究發現 R18，一種 14-3-3 肽抑制劑，阻止 Tspan8 易位到細胞核中。在本研究中，使用了高度表達 14-3-3θ 和 14-3-3 ζ 的 MDA-MB-231 細胞。該研究發現 14-3-3θ 的敲低，而不是 14-3-3ζ阻止了 Tspan8 的核易位。類似地，過表達 14-3-3θ 的顯性失活突變體（N 端缺失氨基酸 1-127）也會阻止 Tspan8 核易位。與此一致，該研究發現 14-3-3θ 與細胞核中的 Tspan8 結合。這些數據表明 Tspan8 易位到細胞核中需要 14-3-3θ。Importin-β 是一種核質轉運受體，可將蛋白質和 RNA 轉運穿過核孔。該研究發現 Importin-β 是 Tspan8 核易位所必需的。總而言之，這些數據表明 Tspan8 使用細胞溶質蛋白的經典核轉運途徑轉運到細胞核中。

　　總之，該研究表明，4 次跨膜蛋白 Tspan8 可以通過使用胞質蛋白核轉位機制實現核定位。該研究數據表明膽固醇對于這種核易位很重要，可能是通過在易位過程中結合和保護疏水性跨膜結構域來實現的。該研究開辟了多種跨膜蛋白可以進入細胞核以實現目前尚未識別的功能的可能性。