Sci Adv ：马登科团队发现负责胶原蛋白组装及分泌运输的新蛋白学术资讯

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胶原蛋白是生物体内丰度最高的一类蛋白，是结缔组织中主要的细胞外成分。成熟胶原蛋白的产生需要多个步骤，涉及胶原蛋白基因调控，蛋白质的生物合成，内质网翻译后修饰，可分泌的三聚体形成，细胞外羧基末端剪切以及三聚体之间的交联等多个步骤。胶原蛋白的产生或降解的调节异常将会导致多种疾病，包括糖尿病、肾脏、肝脏等重要器官的衰老和病理性组织纤维化。目前，关于I型胶原蛋白的酶解修饰，细胞外剪切和交联的机制已经进行了深入的阐述，但对于胶原蛋白单体如何被募集并在内质网上组装成为具有分泌能力的多聚体的机制仍然知之甚少。

COPII囊泡介导包括胶原蛋白在内的物质从内质网到高尔基体的运输，多数COPII囊泡的直径约为60～80nm，不足以容纳300～400nm的胶原纤维。目前已知胶原蛋白成熟和分泌需要由内质网上的前胶原蛋白伴侣HSP47和跨膜蛋白TANGO1的参与，然而在秀丽隐杆线虫中并不存在这两类蛋白的同源蛋白；这意味着可能存在一个更为保守的机制以促进胶原蛋白的组装并以三聚体形式完成囊泡运输。

2020年2月12日，加州大学旧金山分校医学院的Dengke Ma研究员团队在Science Advances杂志上发表了题为 Broadly conserved roles of TMEM131 family proteins in intracellular collagen assembly and secretory cargo trafficking 的文章，在这项研究中，研究人员确定了此前功能未知的秀丽隐杆线虫基因tmem-131。TMEM-131负责胶原蛋白招募组装和促进其分泌和运输，并且是一类进化上保守的蛋白家族。

研究人员首先通过全基因RNAi文库筛选发现tmem-131基因表达降低会导致内质网应激反应，其后发现TMEM-131定位于内质网。而TMEM-131是一类功能未知的跨膜蛋白，研究人员检查了34个ER相关的跨膜和分泌蛋白的荧光报告基因系，发现tmem-131基因功能缺失可抑制胶原蛋白COL-19产生。线虫的外角质层是一种复杂的胶原基质，包含许多独特的成熟胶原蛋白，比如成体表皮特异表达的COL-19胶原蛋白。

通过序列比对和结构域预测，研究人员发现TMEM131家族蛋白是一类与胶原分泌功能相关并进化上高度保守的蛋白家族，其氨基端PapD-L结构域在原核细胞中与鞭毛蛋白的分泌和形成有关，在真核细胞中对该结构域的功能尚不清楚。

为了解PapD-L结构域的生理作用，研究人员通过CRISPR/Cas9编辑技术特异性地敲除PapD-L结构域。通过检测胶原蛋白mRNA和蛋白水平，他们发现PapD-L结构域调控胶原蛋白单体（pre-collagnen）的表达。
研究人员分别在果蝇与人源细胞中敲低tmem131基因的表达水平，也发现会对胶原蛋白的分泌产生抑制。

最后，研究人员通过人源基因酵母文库筛选，发现TMEM131蛋白的羧基端会与TRAPPC8蛋白发生互作，而与TRAPPC8蛋白构成TRAPPIII复合物，通过招募COPII复合物，完成胶原蛋白的运输。因此，TMEM131家族蛋白对于胶原蛋白分泌的重要功能在线虫，果蝇和人类细胞中是高度保守的。

总结来说，TMEM131蛋白功能的发现具有重要的意义，这是长期寻找的具有功能性作用的“胶原蛋白前体受体”，而这一功能在物种进化中高度保守。TMEM131通过 PapD-L结构域形成TRAPP III介导的胶原蛋白运输作用机制是一项新的发现。研究将为开拓研究TMEM131家族蛋白在生理和疾病领域，为包括组织纤维化和与衰老相关的疾病的医学而提出治疗策略。

这项工作由Dengke Ma实验室完成，得到了加州大学旧金山分校医学院Hao Li教授，Dean Sheppard教授和Tommas Kornberg教授实验室的大力帮助。Dengke Ma课题组的张哲是论文的第一作者。Meirong Bai 和Guilherme Barbosa为论文的完成也作出很大帮助。

原文链接：

https://advances.sciencemag.org/content/6/7/eaay7667

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