具有多个跨膜结构域的跨膜蛋白很少在细胞核内发现。为了实现核内定位，必须首先从宿主膜中提取假设的跨膜蛋白，并且必须保护多个疏水跨膜结构域免受细胞质亲水环境的影响，以保持蛋白质的正确构象。从机制上讲，这带来了相当大的挑战。
2021年6月7日，上海交通大学王红霞团队在Cell Research 在线发表题为“Nuclear translocation of the 4-pass transmembrane protein Tspan8”的研究论文，该研究表明4 次跨膜蛋白 Tspan8 可以通过使用胞质蛋白核转位机制实现核定位。该研究数据表明胆固醇对于这种核易位很重要，可能是通过在易位过程中结合和保护疏水性跨膜结构域来实现的。该研究开辟了多种跨膜蛋白可以进入细胞核以实现目前尚未识别的功能的可能性。
具有多个跨膜结构域的跨膜蛋白很少在细胞核内发现，这是有充分理由的。为了实现核内定位，必须首先从宿主膜中提取假设的跨膜蛋白，并且必须保护多个疏水跨膜结构域免受细胞质亲水环境的影响，以保持蛋白质的正确构象。从机制上讲，这带来了相当大的挑战。
四跨膜蛋白 8 （Tspan8) 是四跨膜蛋白家族的成员，所有这些家族都包含 4 个跨膜结构域。四跨膜蛋白家族蛋白在质膜上形成脂筏样富含四跨膜蛋白的微区 （TEM)，其中富含胆固醇。四跨膜蛋白含有多个棕榈酰化位点，四跨膜蛋白的棕榈酰化是其与胆固醇结合所必需的。偶然地，研究人员发现 Tspan8-mCherry 可以定位在细胞核内。Z-stack 活细胞成像显示 Tspan8-mCherry 如预期存在于质膜上；有趣的是，细胞质膜和细胞核内也存在Tspan8-mCherry 信号。HA-Tspan8 显示出类似的定位模式，这表明标签的位置和类型不影响 Tspan8 的定位。相比之下，另一个四跨膜蛋白家族成员 Tspan4 不定位于细胞核内。Tspan8 的核定位可以在多个细胞系中找到，这表明它是一种普遍现象。重要的是，内源性 Tspan8 存在于多个细胞系的核部分中，表明 Tspan8 的核定位不是由过度表达引起的人工产物。
文章模式图（图源自Cell Research）
为了测试细胞溶质 Tspan8-mCherry 是否可以转位到细胞核中，该研究用 mMaple3（一种可光转换的荧光蛋白）标记了 Tspan8。研究发现，在对细胞质中的 Tspan8-mMaple3 进行光转换后不久，转换后的 Tspan8-mMaple3 信号开始在细胞核中升高，这表明细胞质 Tspan8 可以进入细胞核。接下来，研究了 Tspan8 以哪种形式移位到细胞核中。该研究确认在 Tspan8-mCherry 的 C 端添加 APEX2 标签不会影响 Tspan8-mCherry 的核位。令我们惊讶的是，该有发现细胞核内的 APEX2 信号与任何膜结构无关。这表明 Tspan8-mCherry-APEX2 不会以囊泡的形式转移到细胞核中。
Tspan8 如何在没有膜的情况下保持其构象以保护其疏水性跨膜结构域？由于四跨膜蛋白可以结合胆固醇，Tspan8 是否可能作为 Tspan8/胆固醇复合物运输？在这种情况下，疏水性跨膜结构域可以受到胆固醇的保护，从而保持正确的构象。研究发现，尽管高 MW 部分中存在少量核 Tspan8，但绝大多数核 Tspan8 存在于低 MW 部分中。这表明 Tspan8 不太可能像 TEM 一样被转运到细胞核中。
14-3-3 蛋白以其在调节其货运蛋白的亚细胞定位中的作用而闻名。该研究发现 R18，一种 14-3-3 肽抑制剂，阻止 Tspan8 易位到细胞核中。在本研究中，使用了高度表达 14-3-3θ 和 14-3-3 ζ 的 MDA-MB-231 细胞。该研究发现 14-3-3θ 的敲低，而不是 14-3-3ζ阻止了 Tspan8 的核易位。类似地，过表达 14-3-3θ 的显性失活突变体（N 端缺失氨基酸 1-127）也会阻止 Tspan8 核易位。与此一致，该研究发现 14-3-3θ 与细胞核中的 Tspan8 结合。这些数据表明 Tspan8 移位到细胞核中需要 14-3-3θ。Importin-β 是一种核质转运受体，可将蛋白质和 RNA 转运穿过核孔。该研究发现 Importin-β 是 Tspan8 核易位所必需的。总而言之，这些数据表明 Tspan8 使用细胞溶质蛋白的经典核转运途径转运到细胞核中。
总之，该研究表明，4 次跨膜蛋白 Tspan8 可以通过使用胞质蛋白核转位机制实现核定位。该研究数据表明胆固醇对于这种核易位很重要，可能是通过在易位过程中结合和保护疏水性跨膜结构域来实现的。该研究开辟了多种跨膜蛋白可以进入细胞核以实现目前尚未识别的功能的可能性。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41422-021-00522-9
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