撰文 | 向日葵

蛋白質錯誤摺疊和堆積可引起細胞毒性，會導致蛋白質疾病，例如肌萎縮側索硬化（ALS）、帕金森氏病和色素性視網膜炎（RP）等病人裏會出現毒性蛋白的堆積【1】。有些蛋白質疾病，如RP，其特徵是分泌途徑中錯誤摺疊蛋白的積累【2】。真核細胞的早期分泌途徑中內質網ER和高爾基體分泌功能的維持需要順向轉運蛋白COPII和逆行轉運蛋白COPI介導的囊泡轉運的平衡。分泌蛋白負荷增加會激活細胞未摺疊蛋白反應(UPR)，以確保細胞內環境的穩定。然而，在細胞過度或長期應激的情況下，UPR的保護能力不足以恢復體內平衡，從而觸發細胞死亡，這是許多蛋白質疾病的一個特性【3】。

常染色體顯性遺傳腎小管間質性腎病（MKD)是由MUC1基因移碼突變引起，在已知的MKD病例中，移碼突變會產生新的蛋白MUC1-fs堆積【4】。MKD的特點是小管間質緩慢病變，這會導致腎衰竭【5】。迄今爲止，引起MKD的分子機制尚不清楚，也沒有有效的治療方法。

近日，來自麻省理工學院和哈佛大學的Anna Greka團隊在Cell上發表了題爲：Small MoleculeTargets TMED9 and Promotes Lysosomal Degradation to Reverse Proteinopathy的研究成果，研究人員發現MKD是一種毒性蛋白病，細胞內MUC1的突變蛋白MUC1-fs堆積在早期分泌過程含有TMED9受體的囊泡中，激活了ATF6介導的UPR反應。研究人員鑑定出一種小分子BRD4780，與TMED9直接結合，從而釋放MUC1-fs，使其進入溶酶體降解，可以清除患者細胞、轉基因小鼠腎臟和病人腎臟中的MUC1-fs。這一研究結果揭示BRD4780是治療MKD和其他毒性蛋白疾病的非常有價值的線索。總結來說，研究人員闡明瞭錯誤摺疊的蛋白質會被轉運受體捕獲而造成堆積的新機制，並且他們爲錯誤摺疊的蛋白質重新釋放和運輸到溶酶體降解提供了新的策略。

爲了探究引起MKD的分子機制，以及尋找有效的治療方法，研究人員首先對MKD患者的腎臟穿刺病理切片進行檢測，該患者是移碼突變(MUC1wt/MUC1fs)的雜合體患者，腎組織表現爲腎小管萎縮、腎小管擴張和部分間質纖維化。非常有意思的是，研究人員發現野生型(MUC1-wt)蛋白正常位於遠端小管和收集管的頂膜位置，而突變型(MUC1-fs)蛋白在細胞內積累。研究人員進一步得到了轉基因MUC1fs/+雜合子小鼠，小鼠也表現出管狀擴張和間質纖維化特徵，且MUC1-wt 和MUC1-fs蛋白的分佈與病人一致(圖一)。

圖一：突變的MUC1-fs堆積在管狀上皮細胞胞內

進一步研究人員取MKD患者的腎小管上皮細胞，並使其成爲永生化細胞系(P細胞)，與之相對應的是從一個正常人腎臟獲得的小管上皮細胞系(N細胞)。爲了揭示MUC1-fs的積累改變上皮細胞功能的分子機制，研究者檢測了調控細胞蛋白穩態的UPR信號通路。非常有意思的是，細胞內MUC1-fs積累激活ATF6介導的UPR反應,而不是其他兩條PERK和IRE1介導的UPR。與N細胞相比，抑制ATF6的表達導致MUC1-fs在P細胞中的積累增強，P細胞凋亡顯著增加，提示ATF6介導的UPR反應特異性上調，用於保護P細胞免受MUC1-fs堆積的毒性作用。

爲了鑑定能夠去除MUC1-fs的化合物，研究人員利用全自動染色和共聚焦成像顯微鏡系統，以384孔的形式同時評估MUC1-wt、MUC1-fs的含量和細胞數量，進行高通量篩選3713個臨牀前和臨牀上不同階段的化合物。經過篩選，研究人員發現只有BRD4780，可以減少MUC1-fs且不影響MUC1-wt的量，而且BRD4780對於MUC1轉錄表達調控並沒有影響，此外BRD4780可以拯救THP（毒胡蘿蔔素）誘導的P細胞死亡 (THP是一個常用的誘導ER應激的化合物，可引起P細胞凋亡)。進一步，研究人員證明BRD4780可以清除患者iPS細胞衍生的類腎臟器官中的MUC1-fs蛋白（圖二）

圖二：BRD4780特異性清除突變的MUC1-fs

爲了確定MUC1-fs確切堆積的位置，研究人員使用分泌過程中不同區域的標記物進行了全面的共定位研究。非常有意思的是，MUC1-fs與介導蛋白從ER到高爾基運輸的受體TMED9在P細胞和小鼠腎小管上皮細胞細胞中以囊泡形式共定位。TMED9在高表達MUC1-fs的腎細胞中表達顯著增強。BRD4780直接靶向TMED9與之結合，從而釋放MUC1-fs，並重新進入溶酶體降解。最後，研究人員還發現BRD4780能有效去除幾種錯誤摺疊的蛋白質，例如突變的UMOD，Rhodopsin，這些發現說明BRD4780對於分泌蛋白突變引起的毒性蛋白病變有很大治療潛力。

圖三：MUC1-fs滯留在含TMED9受體的囊泡中，BRD4780直接與TMED9結合減少MUC1-fs的堆積

總的來說，MUC1的突變蛋白MUC1-fs堆積在早期分泌過程含有TMED9受體的囊泡中，對腎臟細胞造成毒性。小分子化合物BRD4780與轉運受體TMED9結合，釋放MUC1-fs，促使其重新進入溶酶體。BRD4780可以清除患者細胞、轉基因小鼠腎臟和病人腎臟中的MUC1-fs，從而減少細胞的死亡。這一研究成果爲以後我們探索治療MKD和其他毒性蛋白疾病提供了的一個非常有價值的指導方向。

小分子靶向TMED9促進溶酶體降解逆轉蛋白質病

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.07.002

製版人：小嫺子

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