揭秘人类细胞蛋白质脂锚定机制：NAC介导的核糖体酶交换开关

本研究针对N-豆蔻酰转移酶(NMT)如何精准识别新生蛋白底物的科学难题，首次揭示新生多肽相关复合物(NAC)通过其C端柔性臂招募NMT至核糖体隧道出口，并在甲硫氨酸切除后触发METAP1-NMT1酶交换，实现共翻译脂修饰的时空调控。冷冻电镜结构阐明NMT1通过uL23核糖体蛋白锚定，其底物结合口袋选择性识别暴露的豆蔻酰化基序（MGxxxS），并发现NMT1与NatA可共定位于同一核糖体。该机制为癌症、病毒感染的NMT靶向药物设计提供了新策略（如靶向NACβ-NMT1互作界面），相关成果发表于《Molecular Cell》。

　　

论文解读

在真核细胞中，新合成的蛋白质需经过精确的N端修饰以确定其稳定性、功能和亚细胞定位。其中，N-豆蔻酰化（N-myristoylation）作为一种关键的脂修饰，由N-豆蔻酰转移酶（NMT）将14碳脂肪酸共价连接到特定底物蛋白N端的甘氨酸残基上，从而介导蛋白质与细胞膜的相互作用。这一过程对癌症相关激酶（如Src）的活性调控、病毒复制及免疫应答至关重要。然而，长期以来存在一个关键谜题：NMT如何区分底物与大量其他新生链？尤其是在甲硫氨酸氨基肽酶（METAP1）切除起始甲硫氨酸后，NMT需在N端乙酰转移酶（NatA）竞争结合前快速识别并修饰暴露的豆蔻酰化基序（MGxxxS）。

为解决这一机制难题，德国康斯坦茨大学（University of Konstanz）、瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和美国加州理工学院（California Institute of Technology）的研究团队通过整合冷冻电镜结构解析、单分子FRET亲和力测量及细胞功能验证，首次绘制出人源细胞中共翻译N-豆蔻酰化的分子路线图。研究发现，核糖体隧道出口的"守门人"——新生多肽相关复合物（NAC）通过其β亚基的C端柔性臂，将NMT1/2精准锚定至翻译中的核糖体，并揭示甲硫氨酸切除触发METAP1与NMT1的酶交换，最终实现底物特异性修饰。该机制为NMT靶向药物的开发提供了全新视角，相关成果发表于《Molecular Cell》。

关键技术方法

1. 冷冻电镜技术：解析核糖体-NAC-NMT1三元复合物（2.8 ?）及核糖体-NAC-NMT1-NatA四元复合物（3.4 ?）结构，揭示酶的空间排布与互作界面。
2. 单分子FRET亲和力测量：定量分析NMT1与携带豆蔻酰化基序的核糖体-新生链复合物（RNCSrc-G）结合动力学，验证NAC对亲和力的调控作用（K_d从14.6 nM提升至0.63 nM）。
3. 位点特异性光交联：利用对苯甲酰苯丙氨酸（Bpa）标记技术，证实NACβ C端（F153残基）与NMT1疏水口袋的特异性互作。
4. 细胞基因敲降与功能拯救：通过siRNA沉默NACβ表达，结合突变体回补实验，验证其对NMT核糖体定位及豆蔻酰化效率的必要性。

核心研究结果
1. NAC招募NMT至翻译中的核糖体

• 体外沉降实验显示：NAC使NMT1/2与核糖体结合效率提升>20倍（图1A）。
• FRET测定揭示：NAC存在时，NMT1对携带豆蔻酰化基序的新生链（RNCSrc-G）亲和力达0.63 nM，反之降至14.6 nM（图1B）。
• 细胞水平验证：沉默NACβ显著降低NMT1核糖体结合及底物豆蔻酰化效率（图1C-D）。

2. NMT1的核糖体互作机制

• 冷冻电镜结构显示：NMT1通过中央结构域与核糖体蛋白uL23形成螺旋-螺旋互作（R322/K325关键残基）（图2D）。
• 功能验证：uL23互作突变体（R322A/K325A）使NMT1核糖体亲和力降低60倍（图2E），细胞定位受损（图2F）。
• 脊椎动物特异性N端多赖氨酸片段（△55-65）进一步强化核糖体锚定。

3. NACβ C端柔性臂特异性招募NMT

• AlphaFold2预测：NACβ C端（含保守疏水基序）插入NMT1表面带正电荷的疏水口袋（图3A-B）。
• 光交联实验证实：Bpa标记的NACβ L149或NMT1 F156可特异性交联（图3C）。
• 突变体（如NACβ F153S或NMT1 K252D/K253D/R258D）破坏互作，导致NMT1核糖体结合及细胞豆蔻酰化功能丧失（图3D-