DNAJB11-SDF2/SDF2L1复合物调控多囊蛋白1切割的分子机制及其在常染色体显性多囊肾病中的作用

《Journal of Bodywork and Movement Therapies》：SDF2 and SDF2L1 are essential co-factors of DNAJB11 for Polycystin-1 processing

本研究揭示了内质网共伴侣蛋白DNAJB11与SDF2/SDF2L1形成功能复合物，该复合物对多囊蛋白1(PC1)的G蛋白偶联受体蛋白水解位点(GPS)切割至关重要。研究人员通过相互作用蛋白质组学筛选发现DNAJB11与SDF2/SDF2L1直接相互作用，并证明三者表达水平相互依赖。在SDF2/SDF2L1双敲除细胞中，DNAJB11从内质网分泌至胞外，导致PC1切割缺陷，这一表型与DNAJB11敲除细胞相似。该研究阐明了DNAJB11相关肾病的新分子机制，为治疗干预提供了潜在靶点。

　　

在肾脏疾病研究领域，常染色体显性多囊肾病(ADPKD)是一种常见的遗传性肾病，其主要特征为双侧肾脏出现大量进行性增大的囊肿，最终导致肾功能衰竭。该疾病主要由PKD1或PKD2基因突变引起，其中PKD1基因编码的多囊蛋白1(PC1)是一种大型跨膜蛋白，其正确加工和切割对维持肾小管上皮细胞功能至关重要。

近年来研究发现，DNAJB11基因突变可导致一种与ADPKD表型相似的肾脏疾病。DNAJB11是一种内质网驻留的Hsp40共伴侣蛋白，参与内质网中蛋白质的折叠和质量控制。前期研究表明，DNAJB11缺失会损害PC1的G蛋白偶联受体蛋白水解位点(GPS)切割，但DNAJB11发挥这一功能的具体分子机制尚不清楚。特别是，DNAJB11是否与其他蛋白质形成功能复合物来调控PC1加工，这一科学问题亟待解答。

为阐明DNAJB11的作用机制，研究人员在《Journal of Bodywork and Movement Therapies》上发表了一项深入研究。他们通过系统性方法探索了DNAJB11的相互作用网络，并发现了一个新的调控PC1加工的关键复合物。

研究采用了多种关键技术方法：通过免疫共沉淀结合质谱分析筛选DNAJB11的相互作用蛋白；利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建多种基因敲除细胞系；通过蛋白质印迹和免疫共沉淀验证蛋白质相互作用和PC1切割状态；采用逆转录定量PCR分析基因转录水平；通过细胞培养基中蛋白质检测分析DNAJB11的分泌情况。

DNAJB11相互作用蛋白质的鉴定

研究人员首先通过免疫共沉淀结合质谱分析，从内髓集合管细胞(IMCD3)中筛选DNAJB11的相互作用蛋白。结果显示，SDF2和SDF2L1是与DNAJB11结合最显著的两种蛋白质。这一相互作用在HEK293T细胞中通过共免疫共沉淀实验得到验证，证明DNAJB11与SDF2和SDF2L1存在直接相互作用。更重要的是，在小鼠胚胎组织中也证实了内源性DNAJB11与SDF2/SDF2L1的结合。

SDF2和SDF2L1蛋白水平在DNAJB11缺失后降低

研究发现，在DNAJB11敲除的小鼠胚胎和IMCD3细胞中，SDF2和SDF2L1的蛋白水平显著降低，但其mRNA水平没有变化，表明这种调控发生在转录后水平。蛋白酶体或溶酶体抑制实验排除了蛋白质降解途径的参与，提示SDF2/SDF2L1的稳定性依赖于DNAJB11的存在。

DNAJB11蛋白水平在SDF2和SDF2L1缺失后降低

相反，当研究人员敲除SDF2或SDF2L1时，DNAJB11的蛋白水平也显著降低。特别是在SDF2和SDF2L1双敲除细胞中，DNAJB11几乎完全检测不到。有趣的是，DNAJB11的mRNA水平在双敲除细胞中反而升高，表明存在转录补偿机制。

DNAJB11在SDF2;Sdf2l1双敲除细胞中分泌至细胞外空间

进一步机制研究表明，DNAJB11缺乏内质网滞留信号，而SDF2和SDF2L1通过其C端的内质网滞留信号与DNAJB11相互作用，将DNAJB11锚定在内质网中。在SDF2/SDF2L1缺失的情况下，DNAJB11被大量分泌到细胞外培养基中。通过在DNAJB11C端添加KDEL内质网滞留序列，可以恢复其在细胞内的水平，证实了SDF2/SDF2L1在DNAJB11内质网滞留中的关键作用。

SDF2和SDF2L1的缺失导致PC1加工受损

功能实验表明，单独敲除SDF2或SDF2L1对PC1的GPS切割没有显著影响，但当同时敲除两个基因时，PC1切割严重受损，表现为PC1C端片段(CTF)与全长(FL)比例显著降低。重新表达SDF2或SDF2L1可以恢复正常的PC1加工，表明这两个功能相似的蛋白质在PC1加工中具有冗余性。

DNAJB11或SDF2/SDF2L1单独不足以实现正常PC1加工

最关键的发现在于，即使通过添加KDEL序列在SDF2/SDF2L1双敲除细胞中恢复DNAJB11的细胞内水平，PC1切割缺陷仍然存在。相反，在DNAJB11敲除细胞中过表达SDF2和SDF2L1也不能挽救PC1加工缺陷。这些结果表明，DNAJB11和SDF2/SDF2L1形成一个功能复合物，三者协同作用才能确保PC1的正常加工。

研究结论表明，DNAJB11与SDF2/SDF2L1形成一个功能复合物，共同调控PC1的GPS切割。这一复合物的组装对于维持DNAJB11的内质网定位和稳定性至关重要，而DNAJB11的功能发挥又依赖于SDF2/SDF2L1的存在。这种相互依赖的关系解释了为什么DNAJB11单等位基因突变(导致约50%蛋白水平降低)不会引起疾病表型，而双等位基因突变或SDF2/SDF2L1同时缺失会导致严重的PC1加工缺陷。

该研究的重要意义在于首次揭示了DNAJB11-SDF2/SDF2L1复合物在PC1加工中的核心作用，为理解DNAJB11相关肾病的分子机制提供了新视角。由于SDF2和SDF2L1在功能上具有冗余性，同时突变这两个基因的可能性极低，这解释了为什么在人类中尚未发现SDF2/SDF2L1相关的肾脏疾病。然而，这些基因的变异可能作为ADPKD的遗传修饰因子，影响疾病的表现和严重程度。这一发现不仅增进了对蛋白质加工和质量控制机制的基础理解，也为开发针对DNAJB11相关肾病的治疗策略提供了新的靶点。