清华大学生命学院葛亮课题组合作揭示TMED蛋白家族选择性调控非经典分泌的分子机理

蛋白质分泌是一种进化上十分保守的细胞间通讯机制，关于信号肽导向的经典蛋白分泌已有深入的研究，其关键内容已经被写入细胞生物学教科书。但在经典分泌途径被发现的三十多年后，研究人员才开始逐步认识到多种不具有信号肽的蛋白可通过不依赖内质网-高尔基体经典膜泡运输系统的方式释放到细胞外，统称为非经典蛋白分泌（Unconventional Protein Secretion, UcPS）。这些非经典分泌货物参与多种生物学过程，与多种人类重大疾病的发生发展密切相关。然而，细胞内上千种非经典分泌蛋白是如何选择性地进入细胞内膜泡载体进而释放到细胞外的这一关键科学问题仍不清晰。

12月9日，清华大学生命科学学院葛亮课题组和药学院张敏课题组在《细胞生物学期刊》（Journal of Cell Biology）上发表了题为“TMED家族在囊泡依赖的非经典分泌途径中调控多种货物的转运”(TMEDs mediate versatile cargo transport in vesicle-dependent unconventional secretion) 的研究论文。在课题组前期发现的THU（TMED10-channeledUcPS）通路的基础上，进一步揭示了TMED蛋白家族的多个成员可以选择性调控货物的跨膜运输和非经典分泌，并阐明了寡聚化状态的动态转换是TMED家族介导非经典分泌的关键机制。

研究团队首先发现TMED蛋白家族的多个成员都具有介导非经典分泌的活性，随后通过大规模的高精度分泌组学分析发现不同TMED蛋白对于不同货物具有特异的选择性。TMED家族成员能够直接在体外和体内介导非经典分泌货物跨膜转运进入囊泡，这一过程发生于内质网-高尔基体中间体（ER-Golgi intermediate compartment, ERGIC）上。进一步地，研究团队发现TMED蛋白的胞质侧结构域（cytoplasmictail, CT）可以选择性地结合细胞质内的非经典分泌货物，从而介导其选择性地跨膜转运，这一选择性识别—选择性跨膜转运—选择性分泌是TMED家族货物选择性的关键机理（图1）。

图1.TMED家族选择性调控蛋白非经典分泌

TMED家族可以分成四个亚家族，之前的研究揭示TMED四个亚家族的各一个成员在细胞内可以形成异源四聚体，这对于其自身的稳定性和GPI锚定蛋白从内质网输出至关重要。然而，TMED蛋白在非经典分泌中以同源多聚体发挥功能，这意味着TMED蛋白存在着重要的寡聚化动态转换机制从而实现不同的生物学功能。研究人员通过多种方法揭示了亚细胞定位直接调控TMED蛋白寡聚化转换从而适应其功能转变，在内质网TMED蛋白倾向于形成异源四聚体从而介导特定蛋白（如：GPI锚定蛋白）的经典运输，而在ERGIC上，TMED蛋白受到ERGIC多种特异因子的协同调控，更倾向于形成由非经典货物诱导并稳定的同源寡聚体从而实现货物跨膜转运的功能。这一机制确保了TMED蛋白转运机器的形成和开放只能在特定亚细胞结构和非经典分泌货物存在的条件下，有效避免了对细胞稳态的潜在不利影响（图2）。

图2.亚细胞定位调控TMED蛋白的寡聚化动态转换以适应不同的生物学功能

综上所述，该工作发现了TMED家族的多个成员可以选择性调控非经典分泌货物的跨膜运输和释放，为细胞内上千种非经典分泌货物在不同生理和病理条件下的选择性释放提供了新的见解。通过这一研究，THU通路的定义可以进一步扩展成为TMED家族介导的非经典分泌（TMEDs-channeledUcPS）。此外，该研究还揭示了TMED蛋白在不同亚细胞定位的寡聚化和功能转换机理，诠释了TMED蛋白的动态性和多功能性。

清华大学生命科学学院2024届博士毕业生郑健飞（现为清华大学博士后）和2024届博士毕业生王浩栋（现为康奈尔大学医学院博士后）为论文共同第一作者，清华大学生命科学学院副教授葛亮和药学院副教授张敏为论文共同通讯作者。此外，清华大学生命科学学院博士后孙瑜昕、教授邓海腾和清华大学蛋白质研究技术中心为研究提供了大力支持，清华大学药学院2021级博士生邓星，2022级博士生常沛、朱琳，2024级博士生彭东，药学院博士后张李京尧，北京大学2022级博士生朱康凌为研究提供了重要帮助。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、新基石基金等的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1083/jcb.202503075

供稿：生命学院

编辑：李华山

审核：郭玲