分享一篇发表在Science上的文章：Leucine aminopeptidase LyLAP enables lysosomal degradation of membrane proteins，通讯作者是来自UC berkeley的Roberto Zoncu教授，课题组的研究方向是生物化学、生物物理学、结构生物学。

细胞中约20%-30%的蛋白是跨膜蛋白，这些蛋白的溶酶体降解对维持细胞稳态至关重要。跨膜蛋白被转运到溶酶体后，需要对其疏水螺旋跨膜结构域进行水解，才能完成彻底的分解，以维持高内吞率。然而，此前对于溶酶体降解疏水结构域的具体机制尚不清楚。因此，本文作者想鉴定与内吞作用相关的溶酶体水解酶，并揭示其在膜蛋白降解中的作用。

首先，作者从CRISPR-Cas9 筛选的基因组数据集，提取了吞噬或靶向降解膜蛋白所需的基因列表，并根据它们在免疫细胞中的表达水平进行了排序。此外，作者还分离提取了胰腺癌（PDA）细胞Pa-Tu 8988T和人胰腺导管上皮（HPDE）的溶酶体进行蛋白质组学分析，结果显示水解酶是PDA溶酶体与非癌细胞溶酶体相比富集差异最大的类别，并根据溶酶体水解酶与不良预后结果的相关性进行了排序。综合两项分析，作者筛选出了含磷脂酶B结构域的磷脂酶1 (PLBD1)，作者将它称为溶酶体亮氨酸氨基肽酶（LyLAP），LyLAP 在原发性（导管）肿瘤组织和淋巴结转移组织中的表达均有所增加。LyLAP是一种假定的溶酶体水解酶，但由于其酶功能尚未研究清楚，于是作者进一步研究PLBD1在PDA中的特性。

作者接下来研究了LyLAP在PDA中上调的机制，发现它的表达受MiT/TFE转录因子调控，并且LyLAP耗竭后PDA细胞株生长受到抑制。作者通过透射电镜观察用LyLAP靶向shRNAs处理后的细胞溶酶体，发现存在多个增大的溶酶体小泡，作者推测这与未降解底物的积累有关，存在转运缺陷。

为了确定LyLAP的酶功能，作者重组了具有活性的LyLAP，发现该蛋白需要自切割成熟和N端结构域的二次切割进行激活。作者接下来用非靶向代谢组学寻找底物，发现了264种代谢物候选者，并通过重组LyLAP，发现质荷比为447.209的物种在LyLAP失活时积累，激活时耗竭。作者注意到随着m/z=447.209物种的消失，培养基中的多种游离氨基酸也开始积累，由此推定它是一种多肽，故利用LC-MS/MS确定它的序列为LDTT或者IDTT，并且所有被LyLAP降解的肽的N端都有L或I。综合代谢组和生化实验，作者发现它并非磷脂酶，而是一种偏爱氨基末端亮氨酸的单氨基肽酶，这种活性对于疏水跨膜结构域的分解是必要的。

总而言之，本文作者提出LyLAP是溶酶体降解膜蛋白的关键酶，它通过降解跨膜蛋白的疏水结构域，维持了高内吞率和溶酶体膜的稳定性。该研究不仅阐明了膜蛋白降解的关键机制，也为PDA等依赖溶酶体消化的疾病提供了潜在治疗靶点。

本文作者：MB

责任编辑：LZ

DOI：10.1126/science.adq8331

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.adq8331