iScience：研究发现PAQR3在细胞内囊泡运输中的新型调控机制

景杰生物/报道

景杰编者按：细胞内囊泡运输对于维持细胞以及机体的多种生理功能必不可少，在真核细胞内，大约三分之一的蛋白质在内质网(ER)中折叠和修饰，然后被运送到高尔基体（Golgi）。蛋白质从内质网到高尔基体的运输（ER-to-Golgi）过程是对蛋白质进行质量控制和分选的重要阶段，对维持细胞内稳态至关重要。

蛋白质从内质网到高尔基体的运输ER-to-Golgi运输由COPII小泡驱动，而COPII小泡主要由Sec23/Sec24内壳蛋白复合体和Sec13/Sec31外壳蛋白复合体构成。至今为止，COPII小泡是如何运输到高尔基体的机制还不完全清楚。

日前，Cell旗下国际学术期刊iScience上在线发表了中国科学院上海营养与健康研究院陈雁课题组题为PAQR3 Regulates Endoplasmic Reticulum-to-Golgi Trafficking of COPII Vesicle via Interaction with Sec13/Sec31 Coat Proteins的研究成果。研究揭示了孕酮和脂联素受体3（PAQR3）在COPII囊泡运输中发挥了重要的作用。

在这项研究中，研究者首先使用APEX2邻近标记策略和质谱分析来鉴定出992种PAQR3临近的蛋白质，其中大多数都参与了细胞内转运的生物过程。接着借助GalNAc-T2和RUSH两个ER-to-Golgi转运的模型系统发现，PAQR3缺失延迟了蛋白质从内质网到高尔基体的运输。

Tips：临近标记策略

细胞内的各种复杂生理活动、细胞对外界环境的反应，都以蛋白质之间的相互作用为纽带，形成复杂信号转导网络系统。理解生物学问题，需要精确的解析蛋白质相互作用网络。近年来，临近标记技术正在被逐渐应用到蛋白质相互作用的研究中。

其原理是在已知蛋白上融合一个具有临近标记功能的酶，通过酶介导的蛋白质共价修饰将与已知蛋白相互作用的蛋白标记上生物素，从而使原本不易被检测的相互作用蛋白被发现和鉴定，然后利用质谱解析蛋白质相互作用或共定位。

目前主要是两种酶用于临近标记-APEX2和BioID。文章中使用的APEX2 的优势是更加的快速，反应可以在1min中内实现，然而劣势是需要在反应体系里添加过氧化氢。BioID方法只需要添加biotin，但因为biotin ligase(生物素连接酶)突变体的活性不够高，反应时间长。

更多阅读：CELL：定量蛋白质组学研究蛋白质互作网络的动态变化

通过一系列的生化和细胞实验，发现PAQR3的N端能够与Sec13和Sec31A的WD结构域相互作用并增强Sec13和Sec31A的高尔基体定位，从而揭示了PAQR3是一个通过与COPII囊泡的Sec13/Sec31A外壳蛋白复合体相互作用来调节ER-to-Golgi转运的关键分子。

图示：PAQR3调控COPII小泡的ER-to-Golgi转运模型

值得一提的是，陈雁课题组长期围绕糖脂代谢和肿瘤发生的分子机制、信号转导，系统探讨疾病的新型调控机制，发现了PAQR3能通过在空间上调控细胞内关键信号通路来影响多种细胞功能。

陈雁教授研究组发现PAQR3通过调控多种信号通路，抑制结肠癌、乳腺癌、胃癌等癌症的发生（Carcinogenesis, 2012；Biochem J. 2015；Oncotarget. 2015）；2018年1月13日陈雁研究组研究发现PAQR3通过促进PPARα泛素化及蛋白酶体途径依赖的降解，进而调控肝脏脂质代谢的作用机制(Hepatology, 2018).

PAQR3主要作为一个抑癌基因，在多种肿瘤中具有抑制功能。考虑到平衡和控制细胞内运输对于维持细胞内稳态至关重要，研究者推测许多类型肿瘤中发现的PAQR3的失调可能与细胞内稳态失调有关。因此，该研究的发现不仅拓展了人们对胞内运输复杂性的理解，也可能增加对于人类疾病尤其是肿瘤的分子基础的理解。

参考文献

Wang, X., et al. (2012). Paqr3 plays a suppressive role in the tumorigenesis of colorectal cancers. Carcinogenesis.

Shanshan Qiao, et al. (2015). DDB2 is involved in ubiquitination and degradation of PAQR3 and regulates tumorigenesis of gastric cancer cells.Biochem J.

Li Z, et al. (2015). PAQR3 expression is downregulated in human breast cancers and correlated with HER2 expression. Oncotarget.

Zhao Z, et al. (2018). Hepatic PPARα function is controlled by polyubiquitination and proteasome-mediated degradation via the coordinated actions of PAQR3 and HUWE1. Hepatology.

QianqianCao, et al. (2018). PAQR3 Regulates Endoplasmic Reticulum-to-Golgi Trafficking of COPII Vesicle via Interaction with Sec13/Sec31 Coat Proteins，iScience.

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