BIP通过共伴侣蛋白复合体调控ER蛋白的双向运输

本研究揭示UPR通过ATF6和IRE1调控的ER蛋白回流机制，发现BIP与DNAJB12/14形成复合物，介导非信号依赖性蛋白外排，挑战了BIP单向转运的传统认知，为癌症研究提供新视角。

摘要

背景

细胞器间的蛋白质重新分布是蛋白质稳态和细胞适应机制中一个新兴但尚未被充分研究的方面。除了传统的转录和翻译调控机制外，细胞还能动态地重新编程蛋白质的空间分布，以快速应对环境压力。这种空间可塑性使得单个基因产物能够根据其在细胞内的定位获得新的、依赖于特定环境的功能。在癌症和病毒感染等病理条件下，蛋白质组的重塑尤其明显，这有助于提高细胞的存活能力和适应性。我们之前将内质网（ER）到细胞质的信号传导（ERCYS）定义为一种应激响应机制，该机制通过将蛋白质重新分配到细胞质中来减轻内质网的负担。尽管人们对这一机制的兴趣日益增加，但驱动ERCYS及相关形式的空间蛋白质组重塑的分子机制仍不明确。

方法

为了研究这些机制，我们利用siRNA和CRISPR技术敲低了BIP、SGTA和DNAJB12/14的表达，并结合细胞分级和免疫印迹技术来评估细胞在应激状态下的蛋白质定位情况。共免疫沉淀实验用于检测蛋白质-蛋白质相互作用，而未折叠蛋白应答（UPR）的激活则通过定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）进行测定。

结果

我们的研究结果揭示了未受重视的未折叠蛋白应答（UPR）在介导内质网蛋白质回流中的作用。具体来说，我们发现ATF6和IRE1（而非PERK）对于启动ERCYS过程至关重要。值得注意的是，IRE1在促进ERCYS的同时还能抑制BAX/BAK介导的内质网膜通透性。此外，我们还发现了内质网驻留伴侣蛋白BIP在蛋白质回流过程中的一种非经典的功能——这种功能不依赖于信号传导途径。BIP与膜结合的DNAJB12/14及细胞质中的SGTA形成复合物，从而促进蛋白质在内质网腔内的输出。这一过程依赖于DNAJB12的J结构域的完整性，并且需要BIP起源于内质网内部，这表明蛋白质的输出是一个有方向性的、受调控的过程。这些发现挑战了传统上认为BIP仅负责蛋白质向内转运的观点，揭示了其在蛋白质运输中的双向作用。我们的研究揭示了UPR调控的空间蛋白质组重塑的新机制，这一机制在癌症生物学中可能具有重要意义。