真菌中非经典过氧化物酶体靶向信号SYM的发现与进化意义：一种增强蛋白质功能灵活性的新型PTS-1信号机制

本研究揭示了真菌中非经典过氧化物酶体靶向信号SYM的生物学功能与进化特征。研究人员通过结构模拟和荧光标记实验证实SYM在构巢曲霉中具有PTS-1信号功能，并通过基因组分析发现25%的真菌果胶酯酶携带非经典PTS-1信号，表明部分过氧化物酶体定位可能通过趋同进化增强病原体适应性。该研究为理解蛋白质亚细胞定位的进化机制提供了新视角。

　　

在真核细胞中，过氧化物酶体作为多功能细胞器，参与脂肪酸β-氧化、活性氧代谢等多种重要生理过程。这些功能的实现依赖于蛋白质精准的亚细胞定位，而这一过程主要由过氧化物酶体靶向信号(PTS)介导。虽然典型的PTS-1信号(如SKL)已被广泛研究，但那些与受体Pex5结合较弱的非经典信号却长期被忽视，这导致许多仅在特定条件下表达或低丰度的过氧化物酶体蛋白难以被常规蛋白质组学方法检测到。

匈牙利塞格德大学自然科学与信息学院生物技术与微生物学系的研究人员针对这一科学难题，以构巢曲霉为模式生物，系统研究了一种植物中已知的非经典PTS-1信号SYM(Ser-Tyr-Met)在真菌中的功能与进化特征。研究发现不仅为理解蛋白质亚细胞定位的调控机制提供了新见解，也为真菌致病性研究开辟了新视角，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究采用了多种关键技术方法：通过AlphaFold3和HADDOCK服务器进行蛋白质结构模拟与分子对接分析；构建SYM标记的荧光报告系统验证信号功能；利用全基因组分析筛查2,267个真菌基因组中的SYM蛋白分布；采用荧光显微镜观察蛋白质亚细胞定位；通过Western blot验证蛋白质表达水平。

SYM标记的GFP进入模式真菌构巢曲霉的过氧化物酶体

研究人员首先比较了不同物种Pex5同源体的结构特征，发现构巢曲霉PexE与拟南芥和人类的Pex5在TPR结构域具有高度相似性。分子对接模拟显示，SYM信号虽与PexE结合较弱，但仍能介导蛋白质转运。实验证实GFP-SYM与过氧化物酶体标记蛋白DsRed-SKL共定位，首次证明SYM在真菌中具有功能性PTS-1信号活性。

真菌中SYM蛋白的出现与分布

对1,010个真菌基因组的分析发现，1,413个SYM蛋白分布于7个真菌门类中。大多数基因组仅含1-2个SYM蛋白，且功能高度多样化，表明这些蛋白可能通过点突变自发产生而非系统发育继承。值得注意的是，果胶酯酶是SYM蛋白中最常见的功能类型。

SYM蛋白AN1402和AN5316在模式生物构巢曲霉中的研究

构巢曲霉基因组编码两个SYM蛋白：转录因子AN1402和功能未知的AN5316。荧光标记显示GFP-AN5316呈现微弱的过氧化物酶体和细胞质双重定位，而GFP-AN1402则完全定位于细胞核。这种差异定位模式支持"弱PTS-1信号导致蛋白质双重定位"的理论假设。

讨论与结论部分指出，这项研究首次系统证实了SYM作为功能性非经典PTS-1信号在真菌中的保守性。特别重要的是，研究发现25%的真菌果胶酯酶携带各种非经典PTS-1信号，表明部分过氧化物酶体定位可能通过趋同进化获得。这种现象与已知的Ustilago maydis中Gapdh和Pgk1的过氧化物酶体定位机制类似，都体现了进化过程中亚细胞定位可塑性的重要意义。

研究提出了创新性观点：非经典PTS-1信号可能通过点突变自发产生，使蛋白质获得部分过氧化物酶体定位的能力。这种"弱定位"特性虽然难以检测，却可能为生物体提供进化优势，使蛋白质能在不同细胞区室中执行功能，增强对环境变化的适应性。对植物病原真菌而言，果胶酯酶的部分过氧化物酶体定位可能优化了其致病机制，这一发现为开发新型抗真菌策略提供了潜在靶点。

这项工作不仅扩展了对PTS-1信号多样性的认识，也为理解蛋白质亚细胞定位的进化机制提供了新视角。研究强调，在蛋白质组学研究中，那些表达量低或定位信号弱的蛋白质可能被常规方法遗漏，但这些"边缘群体"却可能在生物适应性和进化创新中扮演关键角色。Judit Amon、Suren Nemuuzaya等研究人员的发现，为后续探索真核细胞中蛋白质定位与功能进化的关系奠定了重要基础。