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在细胞内，蛋白质稳态至关重要。为探究化学修饰对蛋白质周转的影响，研究人员开展了 C 末端酰胺标记蛋白相关研究。结果发现 C 末端酰胺（CTAPs）可标记蛋白经 SCF–FBXO31 通路降解，该成果有助于理解蛋白质量控制机制。
在细胞的微观世界里，蛋白质就像一个个忙碌的 “小工人”，维持着细胞的正常运转。然而，当细胞遭遇衰老、神经退行性疾病或各种应激情况时，蛋白质的 “工作秩序” 就会被打乱。一些蛋白质会发生错误折叠、定位异常，还可能积累化学损伤，这些受损的蛋白质如果不及时清理，就会像细胞内的 “垃圾” 一样，堆积起来产生毒性，威胁细胞的健康。
一直以来，科学家们都在努力寻找细胞清理这些 “问题蛋白质” 的机制。虽然知道蛋白质的降解与泛素 - 蛋白酶体系统（ubiquitin - proteasome system）密切相关，也了解到许多翻译后修饰（PTMs）可以标记蛋白质进行降解，但对于大多数非酶促修饰在蛋白质稳态中的作用，仍然知之甚少。尤其是那些能够诱导蛋白质降解的特定修饰以及它们被识别的机制，就像隐藏在迷雾中的宝藏，等待着科学家们去挖掘。
为了揭开这些谜团，来自瑞士联邦理工学院（ETH）苏黎世、马克斯?普朗克生物化学研究所等多个研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在顶尖学术期刊《Nature》上，为我们带来了令人振奋的消息。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是 CRISPR 筛选技术，通过构建可诱导的 Cas9 等位基因的细胞系，利用全基因组 sgRNA 文库进行筛选，从而找到与 C 末端酰胺化蛋白（CTAPs）降解相关的基因；其次是荧光偏振（FP）测定，用于检测蛋白质与肽段之间的结合亲和力；免疫共沉淀（co - IP）技术则帮助确定蛋白质之间的相互作用；质谱分析（MS）在研究中也发挥了重要作用，用于鉴定蛋白质、分析肽段序列以及检测蛋白质的修饰情况 。
研究结果如下：
- C 末端酰胺作为降解标签（degrons）：研究人员制备了一系列带有不同修饰的半合成荧光报告蛋白，并将其导入人类细胞。通过荧光细胞内报告分析发现，带有 C 末端酰胺的蛋白质（CTAPs）在多种细胞背景下都能被快速降解，且这种降解依赖于泛素蛋白酶体系统。
- SCF–FBXO31 介导 CTAPs 的清除：利用 CRISPR 筛选，研究人员发现 FBXO31 是负责 CTAPs 清除的关键基因，它是 SCF 泛素连接酶（SCF–FBXO31）的底物受体。体外实验表明，FBXO31 能特异性地与 C 末端酰胺结合，并使 CTAPs 发生泛素化，进而被蛋白酶体降解。
- FBXO31 广泛结合 CTAPs：进一步研究发现，FBXO31 能够广泛且选择性地结合各种 C 末端酰胺，对疏水末端稍有偏好，但对特定的序列基序大多不敏感。通过大规模平行蛋白质 - 肽相互作用筛选，确定了其结合偏好，并在细胞实验中得到验证。
- CTAPs 在氧化应激下形成：研究人员通过重新分析公共深度蛋白质组数据，发现 CTAPs 主要在蛋白质片段化后形成，且氧化应激可以促进其形成。例如，血红蛋白在过氧化氢处理后会产生 CTAPs。同时，FBXO31 在氧化应激下会识别并结合多种内源性底物，参与细胞对氧化应激的响应。
- 致病性突变重定向 FBXO31 功能：一种与脑瘫相关的 FBXO31 的 D334N 突变，会导致其底物选择性发生改变。突变后的 FBXO31 不再识别 CTAPs，而是识别并降解新的底物，这些新底物的 C 末端具有特定的序列基序，且这种突变会对细胞的生存和增殖产生负面影响。
研究结论和讨论部分指出，C 末端酰胺被确认为一种长期被忽视的蛋白质降解的化学触发因素，FBXO31 作为其识别蛋白，在蛋白质质量控制中发挥着重要作用。它能够识别并清除氧化应激下产生的 CTAPs，防止蛋白质损伤产物的积累。然而，FBXO31 的 D334N 突变会导致其功能异常，引发严重的细胞毒性。这一发现不仅为理解蛋白质质量控制机制提供了新的视角，也为开发基于蛋白质降解的治疗方法提供了潜在的靶点。未来，对 FBXO31 在不同细胞类型和发育阶段的研究，有望进一步揭示 CTAPs 清除对人类蛋白质组的影响，为相关疾病的治疗开辟新的道路。
