分享一篇发表在Nature Communications上的文章，题目为“Engineered depalmitoylases enable selective manipulation of protein localization and function”，通讯作者是来自哥伦比亚大学的Manu Ben-Johny教授，研究方向是钠离子通道相关的疾病与治疗。

发生在蛋白质半胱氨酸残基上的S-棕榈酰化修饰是一种可逆的翻译后修饰，这种修饰对蛋白质的定位、稳定性和功能都有着重要的影响。近年来的研究表明，棕榈酰化水平的变化与癌症、神经发育以及神经退行性疾病相关，因此发展能够在时间和空间上选择性调控蛋白棕榈酰化水平的策略具有十分重要的意义。在本文中，作者分别发展了化学遗传学以及光遗传学策略来调控去棕榈酰化酶的活性，从而实现了对蛋白定位以及功能的调节。

首先，作者选择了酰基-蛋白硫酯酶家族Abhd17作为工程化改造对象。这类酶包含两个关键结构域，分别是C端的水解酶结构域和通过自身的棕榈酰化修饰锚定在相关膜结构上的N端结构域。当N端缺失时会使得Abhd17丧失去棕榈酰化活性。因此，作者将N端和C端分别表达，并融合FKBP和FRB，当加入雷帕霉素会诱导二者进行快速且不可逆的二聚，从而实现去棕榈酰化活性的恢复。他们将这种策略称为FKBP/FRB-dimerization activated chemogenetic excision of palmitoylation（FacePalm-17C）。接下来，作者选择了黄色荧光蛋白（YFP）标记CaVβ2A作为proof-of-concept测试。成像实验表明，当单独表达时CaVβ2A蛋白在细胞膜上高度富集，而加入 FacePalm-17C时则会使得其在细胞中重新分布，表明FacePalm是一种在活细胞中纵蛋白质棕榈酰化的化学遗传学方法。

接下来，考虑到雷帕霉素在细胞中清除速率较慢，作者又进一步开发了光遗传学策略。作者将eMagA和eMagB蛋白融合到N端的C端，在蓝光的照射下，快速的二聚化作用可使得Abhd17恢复去棕榈酰化酶活性。在活细胞实验中，他们也观察到了光照下CaVβ2A蛋白定位的改变。

随后，作者采用FacePalm策略进行了细胞器特异性的去棕榈酰化。他们分别将FacePalm-17CNT表达在ER、高尔基体、细胞膜、早期内体和晚期内体中，并且观察到了FacePalm可以实现细胞器特异性的去棕榈酰化。

此外，作者也将此系统应用于受细胞信号转导激活的去棕榈酰化作用。NRas的激活会上调MAPK和PI3K途径并促进肿瘤的增殖，因此抑制NRas的棕榈酰化以及激活是有效的治疗手段。因此，作者将FacePalm的开关改造为Erk及其底物，当底物磷酸化时则会促进Abhd17的活化。在成像实验中，作者观察到了YFP标记的NRas-Q61K与红色高尔基体标记物的共定位，表明去棕榈酰化确实可以受内源性信号所激活。

总的来说，在本文中作者通过发展化学遗传学和光遗传学策略，实现了对去棕榈酰化酶的可控激活和蛋白质空间分布的调控。

本文作者：WYQ

责任编辑：MB

DOI：10.1038/s41467-025-58908-x

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58908-x