《Journal of Biological Chemistry》:Sti1 requires its Hsp70-interacting regions to deposit misfolded proteins at the nucleus-vacuole junction
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蛋白质稳态(proteostasis)保障细胞拥有正确折叠且具功能的蛋白质组,对细胞存活至关重要。在应激或突变条件下,蛋白质常发生错误折叠;稳态网络通过将错误折叠蛋白组装进无膜结构的蛋白质质量控制(PQC)区室进行处置。包括分子伴侣与隔离酶(sequestra
蛋白质稳态(proteostasis)保障细胞拥有正确折叠且具功能的蛋白质组,对细胞存活至关重要。在应激或突变条件下,蛋白质常发生错误折叠;稳态网络通过将错误折叠蛋白组装进无膜结构的蛋白质质量控制(PQC)区室进行处置。包括分子伴侣与隔离酶(sequestrases)在内的多种因子被鉴定为“分选因子”,可将底物导向不同PQC区室,但何种特征决定某因子特异地服务特定区室仍不清楚。研究人员利用三类模式错误折叠蛋白发现,Sti1的TPR结构域对将可溶性错误折叠蛋白分选至不同胞质区室至关重要。研究显示,对可溶性底物,Sti1需借助与Hsp70的互作,方可将其沉积于核-液泡连接处(NVJ)或清除;而当底物为淀粉样蛋白时,Sti1则需Hsp70与Hsp90共同参与,以触发更强的稳态响应或直接将其靶向周边IPOD区室。这表明Sti1不仅是折叠/重折叠开关,还可作为错误折叠蛋白隔离去向的稳态开关。
蛋白质稳态(proteostasis,细胞维持蛋白质正确折叠与清除错误折叠蛋白的平衡网络)是保障细胞存活的核心。细胞内错误折叠蛋白可来源于热激等应激,也可源于突变导致的固有构象异常;此类蛋白若不被处理,会形成有毒聚集。为此,细胞演化出位于胞质与核内的无膜蛋白质质量控制(PQC)区室,如果聚糖体(Q-bodies)、近核质量控制区室(JUNQ)与不溶性蛋白沉积体(IPOD),并依赖分子伴侣、协同伴侣(co-chaperone)与隔离酶(sequestrases,直接将底物导向特定PQC区室的蛋白)完成分选。已有研究提示酵母应激诱导蛋白1(Sti1,哺乳动物中称Hop/STIP1)可结合Hsp70与Hsp90,但其如何作为隔离酶、是否依赖伴侣互作完成区室化沉积仍无定论。本研究以酿酒酵母为模型,选取组成型错误折叠的可溶蛋白VHL、非毒与有毒淀粉样突变亨廷顿蛋白(mHTT1a,分别含或缺失富脯氨酸域)为对象,探究Sti1及其TPR结构域如何依底物性质差异调控错误折叠蛋白在核-液泡连接处(NVJ)与周边区室的沉积。
关键技术方法上,研究人员使用BY4741野生型及来自酵母敲除库的缺失株系,包括ssa1Δssa2Δ(Hsp70双缺失)、hsp82Δ与hsc82Δ(Hsp90单缺失)、sti1Δ,以及回补野生型与特异性削弱Hsp70/Hsp90结合的Sti1点突变体(如R341A、R79A R351A R469A等);底物为gal启动子驱动的GFP-VHL与Flag-97QP/Flag-97QΔP-GFP。通过活细胞荧光显微术结合FM4-64液泡染色与Hoechst 33342核染定位NVJ/周边归属,以稳态Western blot校正表达量,并以生长曲线评估有毒mHTT的表型代价。
研究结果如下。
Hsp70是阻止VHL包涵体形成所必需的:删除Ssa1/2使VHL在无非应激条件下即形成多发包涵体,且清除减缓;Hsp90单缺失对VHL定位影响有限,说明Hsp70主要在上游维持VHL可溶性与降解。
删除蛋白稳态机器改变mHTT1a每细胞包涵体数:对非毒Flag-97QP,Hsp70/Hsp90缺失增加单包涵体比例并偏周边化;对有毒Flag-97QΔP,hsp104Δ致弥散荧光,其余伴侣缺失对定位影响弱,提示淀粉样毒底物分选路径不同。
Sti1删除使VHL在有无应激下均形成更多周边包涵体(倾向IPOD):sti1Δ提升VHL包涵体频率与数量,且定位由NVJ转向细胞周边,表明Sti1是将可溶终末错误折叠蛋白保留于JUNQ侧的关键隔离酶。
Sti1删除增强mHTT1a毒性并改变包涵体数目:非毒构建体多发包涵体增多且NVJ与周边并存;有毒构建体则单包涵体/弥散比例上升并伴生长缺陷,说明Sti1缺失破坏淀粉样底物的正常聚集管控。
Sti1通过结合Hsp70的协同伴侣功能行使隔离酶作用:在VHL模型中,仅破坏Hsp70结合的Sti1突变(而非仅破Hsp90结合的R341A)重现sti1Δ表型,即包涵体增加且周边化;证明Sti1依赖Hsp70结合而非独立结构功能完成可溶底物分选。
Sti1的Hsp70-Hsp90协同功能对mHTT1a包涵体形成关键:非毒mHTT仅三突变(同时阻断Hsp70/Hsp90结合)影响沉积;有毒mHTT亦主要依赖TPR域双伴侣互作。即可溶底物仅需Sti1-Hsp70,淀粉样底物需Sti1-Hsp70-Hsp90联合。
讨论与结论翻译:研究人员指出,Hsp70维持VHL可溶但不主导其区室定位;Sti1作为JUNQ隔离酶,其功能来自Hsp70依赖的协同伴侣机制而非独立活性。对可溶错误折叠蛋白,Sti1联合Hsp70促其在NVJ沉积或清除;对淀粉样蛋白,Sti1需同时调度Hsp70与Hsp90以激发更强稳态响应或靶向IPOD,该过程在有毒mHTT中失效。结论为:Sti1凭借与Hsp70及Hsp90的互作,依底物溶解性将错误折叠蛋白导向JUNQ或IPOD,因而不仅是折叠重折叠开关,更是蛋白质隔离去向的稳态开关。
论文的核心机制已经明确,接下来可以选择一个方向继续深化: