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囊泡的胞吐作用的分泌是幾乎所有生理過程都涉及的基本生物學過程【1】。分泌囊泡的內容物包括神經元遞質、免疫因子和其他激素等【2】。關於細胞囊泡運輸與調節機制的研究曾獲2013年的諾貝爾生理學獎。但目前磷酸化調控在囊泡分泌過程中扮演何種角色尚不完全清楚。磷酸化主要包括兩種，即絲氨酸/蘇氨酸磷酸化和酪氨酸磷酸化，由激酶和磷酸酶協同調控。在胞吐過程中，絲氨酸/蘇氨酸磷酸化參與囊泡分泌的過程已被部分證明【3】，但酪氨酸磷酸化在囊泡分泌過程中的精確作用，以及哪些酪氨酸磷酸酶積極參與了囊泡分泌的調節在國際上尚屬空白。

2021年3月25日，山東大學於曉教授研究團隊和孫金鵬教授研究團隊，以及齊魯醫院的徐雲飛研究團隊，在EMBO Reports雜誌上發表論文PTP-MEG2 regulates quantal size and fusion pore opening through two distinct structural bases and substrates。該研究首次證明酪氨酸磷酸酶PTP-MEG2透過去磷酸化不同蛋白底物，精確調控腎上腺嗜鉻細胞分泌兒茶酚胺的兩個重要步驟，即囊泡融合過程以及膜上融合孔形成和解離的過程。PTP-MEG2可以透過去磷酸化NSF調控囊泡的融合過程。

應用蛋白質組學技術，生物資訊學預測和細胞及電化學檢測技術，研究團隊發現PTP-MEG2還可以透過去磷酸化MUNC18-1和DYNAMIN2調控膜上融合孔的形成和解離過程。團隊進一步透過生化和晶體學分析解釋了PTP-MEG2催化不同底物的關鍵位點和結構基礎，意外的發現PTP-MEG2可以透過不同的結構基礎來調控以上兩個過程（下圖）。因此，可以根據這些結構基礎和關鍵位點設計PTP-MEG2調控不同分泌過程的特異性抑制劑。本研究是第一次系統闡述PTP-MEG2在嗜鉻細胞分泌中的生理作用和分子機制，發現了酪氨酸磷酸化在囊泡分泌中的關鍵調節作用和精確機制，闡明瞭動態酪氨酸磷酸化是調節荷爾蒙分泌的重要因素，並提示靶向PTP-MEG2在分泌過程中的潛在藥理學價值。

PTP-MEG2（又稱PTPN9）是一種經典的非受體型PTP，它包含一個獨特的N端Sec14p結構域，該結構域與人CRAL / TRIO結構域和酵母Sec14具有較高的同源性。Sec14p結構域能夠與細胞膜的重要成分，磷脂醯膽鹼和磷脂醯肌醇結合，並在PTP-MEG2的亞細胞定位中起重要作用。在免疫細胞中，PTP-MEG2可以透過去磷酸化N-乙基馬來醯亞胺敏感融合蛋白（NSF）的第83位酪氨酸（pY83）來調節囊泡的細胞內融合4。但PTP-MEG2如何調控細胞分泌仍有很多懸而未決的關鍵問題。例如，（1）PTP-MEG2除影響囊泡胞內融合外，是否還影響囊泡的釋放，（2）PTP-MEG2是否僅參與調節免疫細胞的囊泡融合，（3）在細胞分泌這個過程中，PTP-MEG2是否除有NSF外的底物，是否影響其他的分泌程序。

該文共同作者之一，普渡大學生化學系主任Zhang Zhongyin教授首次研發出了PTP-MEG2的特異性抑制劑Compound7, 打破了酪氨酸磷酸酶長久以來“不可成藥”的思維定式5。於曉教授領銜的聯合研究團隊利用這種PTP-MEG2的特異性抑制劑，證明PTP-MEG2調控腎上腺嗜鉻細胞釋放兒茶酚胺，並控制兒茶酚胺分泌的多個步驟。透過解析PTP-MEG2和NSF-pY83磷酸化短肽的複合物晶體結構，證明PTP-MEG2識別和催化NSF的結構基礎，並透過電鏡和電化學方法證明了PTP-MEG2透過催化NSF介導了嗜鉻細胞內囊泡的融合。同時，透過構建不同的PTP-MEG2突變體，研究者還發現PTP-MEG2可以透過非NSF依賴的機制控制囊泡-胞膜融合孔的初始開放過程。利用生物資訊學、生化和電化學方法，研究人員發現PTP-MEG2透過使DYNAMIN2-pY125和MUNC18-1-pY145位點去磷酸化來調節囊泡-胞膜融合孔的初始開放，並透過進一步的複合物結構和生化分析揭示，與NSF-pY83位點相比，PTP-MEG2與MUNC18-1-pY145和DYNAMIN2-pY125的相互作用具有獨特的結構基礎。

囊泡和細胞膜融合孔的形成和開放一直是囊泡分泌的熱點和難點問題。本文中研究人員首次證明PTP-MEG2透過與兩種底物MUNC18-1-pY145和DYNAMIN2-pY125的相互作用來調節胞吐過程中融合孔的初始開放，證明酪氨酸磷酸化在融合孔形成和開放過程中的作用，並揭示了PTP-MEG2介導該過程獨特的結構基礎，以及PTP-MEG2介導的去磷酸化如何調節融合孔動力學過程。囊泡分泌異常在包括癲癇在內的多種疾病中均有報道，鑑於PTP-MEG2在細胞分泌中有多層次和關鍵的調節作用，且PTP-MEG2已有特異性的、高度膜滲透性的抑制劑，所以，闡明PTP-MEG2在囊泡融合、釋放中的作用有助於加速以PTP-MEG2為靶點的轉化醫學研究。

山東大學齊魯醫院徐雲飛副教授、山東大學生理所陳旭博士為該論文共同第一作者，山東大學於曉教授、孫金鵬教授、崔敏教授和徐雲飛副教授為論文共同通訊作者。

原文連結：

https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embr.202052141