NIBS學者發現V型質子泵參與果蠅視覺系統的膜蛋白運輸

　　北京生命科學研究所王濤實驗室在《Molecular biology of the cell》雜志發表題為“The V-ATPase V1 subunit A1 is required for rhodopsin anterograde trafficking in Drosophila”的封面文章，發現V-ATPase的V1組分參與了果蠅視紫紅質的運輸過程。

　　果蠅中主要的視紫紅質Rh1，是在ER中合成，經過N端糖基化修飾和嚴格的質量控制，最終運輸到視覺傳導發生的場所rhadomere（類似于脊椎動物的視桿結構）。Rh1在rhabdomere的定位對于正常的光傳導過程和感光細胞的活性至關重要。在ER上有一列的分子伴侶參與視紫紅質的合成和正確折疊。Rh1離開ER之后，還會經歷一系列的去糖基化步驟，這對于它的正確運輸和最后行使功能是很關鍵的。其中，反面內質網和高爾基體分泌小泡上的一個小GTP酶，Rab11參與了Rh1從高爾基體到rhabdomere的運輸過程。然而，除了Rab11，目前對于Rh1從高爾基體運輸到rhabdomere的過程知之甚少。

　　為了找到影響Rh1內穩態和感光細胞活性的突變體，作者用化學誘變劑EMS飼喂果蠅，通過觀察轉基因蛋白Rh1-GFP的熒光篩選了果蠅2號染色體上的基因。其中一個突變體的編碼基因是vha68-1，編碼V-ATPase中V1組分的A亞基。

　　作者發現，在vha68-11突變體果蠅的感光細胞中，Rh1蛋白運輸到rhadomere的過程受到影響。Rh1蛋白積累在高爾基體分泌小泡里，染色結果顯示Rh1蛋白與小GTP酶蛋白Rab11有共定位，而正確定位到rhabdomere上的Rh1蛋白減少。

　　作者追蹤了新合成的Rh1蛋白，發現在突變體果蠅里Rh1蛋白上膜過程變慢。由于V型質子泵對于維持細胞內的酸性至關重要，作者利用對酸性敏感的GFP變種pHluorin檢測了突變體果蠅感光細胞的pH值，發現突變體果蠅細胞的pH值升高。作者還發現突變體果蠅里Rh1蛋白表現出去糖基化缺陷，遺傳學上位顯性實驗表明vha68-11突變體中Rh1去糖基化步驟在高爾基體之后終止。

　　基于這些實驗結果，作者提出了一個Vha68-1參與膜蛋白運輸的模型。在野生型果蠅中，Rh1在ER上合成并被糖基化，在Rh1運輸到rhabdomere的過程中，糖基鏈在高爾基體和分泌小泡中被一步步移除。在突變體果蠅中，高爾基體的分泌小泡不能維持酸性條件，Rh1的糖基鏈沒有被完全移除，Rh1積累在分泌小泡中，最終導致rhabdomere上有功能的Rh1蛋白減少。該研究也為進一步了解V-ATPase功能失常導致的疾病提供了一個很好的動物模型。

　　北京生命科學研究所王濤實驗室PTN項目博士生趙海芳為本文的第一作者，其他作者包括王婧。王濤博士為本文通訊作者。該研究由科技部973項目和北京市科委資助，在北京生命科學研究所完成。