過氧化物酶體是由單層膜封閉的細胞器，幾乎存在于所有真核細胞中。它們在脂質代謝和氧化還原平衡等方面發(fā)揮重要作用。過氧化物酶體對人類健康也是至關重要的；過氧化物酶體生物發(fā)生的先天缺陷會導致破壞性的、往往危及生命的疾病，比如Zellweger譜系障礙（Zellweger spectrum）。過氧化物酶體中的酶是在細胞質中制造的，在那里它們被PEX5和相關的可移動受體識別，并由這些受體穿梭運輸?shù)竭@種細胞器中。這些受體如何移動蛋白穿過過氧化物酶體的膜一直是一個長期存在的問題，特別是因為過氧化物酶體可以神秘地輸入折疊的甚至是寡聚的蛋白。這一特性與將蛋白輸入內(nèi)質網(wǎng)或線粒體的方式有根本的不同。

將蛋白轉運到過氧化物酶體中需要一些嵌入到過氧化物酶體膜中的成分，特別是PEX13。在一項新的研究中，來自美國哈佛醫(yī)學院的研究人員認識到，PEX13含有一個廣泛的非結構化區(qū)域，該區(qū)域富含酪氨酸（Y）和甘氨酸（G）。這個富含酪氨酸和甘氨酸的YG結構域類似于存在于核孔中的核孔蛋白的富含苯丙氨酸（F）和甘氨酸（G）的FG結構域。FG結構域在核孔內(nèi)形成一個網(wǎng)狀結構，限制了可溶性分子的通過，但允許核轉運受體擴散通過并將貨物帶入。通過與FG結構域的類比，他們猜測PEX13的YG結構域可能在過氧化物酶體上形成一個類似的選擇性相（selective phase），輸入受體可以通過該選擇性相讓折疊的蛋白穿過過氧化物酶體膜。相關研究結果發(fā)表在2022年12月16日的Science期刊上，論文標題為“Protein import into peroxisomes occurs through a nuclear pore–like phase”。

這些作者發(fā)現(xiàn)，YG結構域存在于所有類別的真核生物的PEX13蛋白中。他們的分析顯示，該結構域的特點是存在重復的芳香族氨基酸，主要是酪氨酸，它們被主要由甘氨酸和絲氨酸組成的短柔性接頭彼此分開。酪氨酸殘基對釀酒酵母的過氧化物酶體蛋白輸入至關重要。不同生物的YG結構在其氨基酸序列和酪氨酸的數(shù)量上有很大的不同，然而盡管有這種多樣性，該結構域在酵母中的功能是可以互換的。YG結構域后面是一個長的兩性螺旋，他們指出它在真核生物中也是保守的，并且是過氧化物酶體輸入所必需的。

利用二硫化物介導的交聯(lián)，這些作者證實來自多個PEX13分子的YG結構域在酵母過氧化物酶體的膜上相互結合。這種相互作用導致了密集網(wǎng)狀結構的形成，從而排除了較大的可溶性物質，如蛋白酶和大體積的分子，但對大小小于2kD的小分子仍具有滲透性。這種網(wǎng)狀結構的形成及其屏障特性取決于YG結構域內(nèi)的芳香族氨基酸殘基。利用蛋白酶保護和半胱氨酸修飾實驗，他們進一步發(fā)現(xiàn)，PEX13以兩個相反的方向駐留在過氧化物酶體的膜上，這在膜蛋白中是一個不尋常的特征。這兩個方向的PEX13分子都相互結合，這種相互租用涉及到PEX13蛋白的YG結構域。

過氧化物酶體蛋白的輸入類似于核轉運。圖片來自Science, 2022, doi:10.1126/science.adf3971。

最重要的是，這些作者發(fā)現(xiàn)純化的YG結構域形成一種由該結構域的酪氨酸殘基連接在一起的水凝膠。融合了綠色熒光蛋白（GFP）的輸入受體PEX5可以選擇性地進入該水凝膠，而單獨的GFP則不能。PEX5進入這種水凝膠需要這種受體靈活的N端區(qū)域中保守的芳香族氨基酸基序WXXXF/Y（其中W是色氨酸，X表示任何殘基）。此外，PEX5還能將貨物蛋白帶入這種YG水凝膠中。將貨物遞送到這種水凝膠中需要這種受體中存在WXXXF/Y基序。

綜上所述，這些作者對完整的酵母膜和合成水凝膠的研究結果顯示，過氧化物酶體蛋白輸入類似于通過核孔的轉運。一種密集的網(wǎng)狀結構---選擇性相---被多個方向相反的PEX13分子懸浮在過氧化物酶體膜內(nèi)。這個網(wǎng)狀結構提供了一個穿過膜進入過氧物酶體腔室的水通道。這種水通道的壁可能是由PEX13蛋白保守的兩性螺旋組裝而成的。過氧化物酶體輸入受體，如PEX5，可以通過這種網(wǎng)狀結構進行擴散，并將貨物帶入，利用它們的WXXXF/Y基序，局部溶解將這種網(wǎng)狀結構固定在一起的內(nèi)聚相互作用。這一機制解釋了折疊的和低聚的蛋白是如何被輸入到過氧物酶體中的，并代表了一種以前未被確認的蛋白跨膜原理。（ Bioon.com）

參考資料：

Yuan Gao et al. Protein import into peroxisomes occurs through a nuclear pore–like phase. Science, 2022, doi:10.1126/science.adf3971.