在真核细胞中，细胞内蛋白质的运输和蛋白质向细胞外环境的分泌是一个连续且受到严格调控的过程。传统上，与分泌结合的蛋白质含有一个N端信号肽，该肽引导它们从内质网（ER）和高尔基体运动到细胞外部。
然而，一些蛋白质可以通过非传统机制绕过这一系统，包括直接跨质膜转运、转运蛋白介导的分泌和细胞内囊泡介导的胞吐。非常规分泌蛋白与炎症、神经退行性变和癌症有关。
因此，了解驱动非常规蛋白质分泌的机制可以揭示新的治疗靶点和方法。
自噬传统上以降解和回收细胞质成分以维持细胞稳态而闻名，最近已成为一种非传统分泌无领导蛋白的新途径。
在之前发表在《自噬》杂志上的一项研究中，日本同志社大学的研究人员透露，PARK7/DJ-1——一种以抗氧化功能和线粒体保护而闻名的PD相关蛋白——利用基于自噬的机制进行应激诱导的分泌。
尽管取得了这一突破，但控制这种非常规分泌途径的分子事件和调控机制在很大程度上仍未明确。
为了解决这些差距，同一研究小组发现了PARK7在细胞内运输和细胞外释放的关键见解。他们的最新工作描述了这种在各种组织中表达的多功能蛋白是如何在细胞应激下被引导到细胞外环境的。
他们的研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上。
该研究由同志社大学生命与医学科学研究生院的研究助理Biplab Kumar Dash博士、Yasuomi Urano教授和Noriko Noguchi教授进行，强调了他们对揭示神经退行性疾病背景下自噬介导的蛋白质分泌的复杂性的持续贡献。Dash博士说：“我们的研究揭示了一种独特的PARK7分泌机制，该机制依赖于大自噬和伴侣介导的自噬（CMA）的协调作用。在6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导的氧化应激下，大自噬促进了强大的自噬通量，产生自噬体并提供溶酶体池。”同时，CMA选择性地将PARK7转移到这些溶酶体的特定亚群中，这是分泌过程中的关键早期步骤。我们提出，这些富含CMA的溶酶体随后与自噬体融合形成“分泌性自溶体”。“在这个隔室中，PARK7逃避降解，而是被分泌出来。
“尽管CMA传统上独立于自噬体或自溶体发挥作用，但我们的研究结果强调了其在氧化应激期间与大自噬的功能整合。CMA驱动的蛋白质靶向和大自噬介导的囊泡动力学之间的相互作用为PARK7的非常规分泌提供了一个新的机制框架。”
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研究人员发现，6-OHDA治疗人宫颈癌细胞可诱导PARK7分泌的剂量依赖性增加。
值得注意的是，这种增加不受阻断传统ER至高尔基体运输蛋白途径和外泌体释放途径的影响，从而证实PARK7是通过非传统机制释放的。此外，6-OHDA治疗还导致自噬体标志物（LC3B）的剂量依赖性增加和自噬底物（SQSTM1）的相应减少，表明自噬激活。
研究人员使用荧光标记的LC3来追踪自噬过程，并证明6-OHDA治疗增加了自噬体的形成，增强了自噬体-溶酶体融合，最终增加了自噬通量。值得注意的是，阻断自噬的早期阶段显著减少了6-OHDA诱导的LC3B-II形成和PARK7分泌。
此外，用抗氧化剂治疗可以消除6-OHDA治疗诱导的氧化应激，从而减少自噬诱导和PARK7分泌。
相反，用自噬诱导剂雷帕霉素治疗，LC3B-II水平升高，PARK7分泌增强，表明自噬诱导对PARK7的分泌至关重要。值得注意的是，抑制其他蛋白质降解途径，如泛素-蛋白酶体系统，不会影响PARK7的分泌。
深入研究后，研究人员发现，阻断自噬体-溶酶体融合和自溶体降解（自噬的下游步骤）可以消除6-OHDA诱导的PARK7分泌，这表明溶酶体活性对PARK7的分泌至关重要。
进一步的实验表明，6-OHDA诱导的PARK7细胞外分泌需要一种专用的可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNARE）复合物，这是一组介导内吞和分泌途径中囊泡融合的膜结合蛋白。
研究人员还发现了PARK7中特定的KFERQ样基序，这些基序被伴侣选择性识别，从而将PARK7招募到完整的溶酶体中，最终与自噬体融合形成“分泌性自溶体”。
总的来说，这些发现为驱动蛋白质分泌的非常规机制提供了新的见解。该研究为开发靶向治疗开辟了途径，可以调节帕金森病和相关疾病中PARK7的水平。此外，PARK7和相关蛋白有望作为早期疾病检测的生物标志物，在症状进展之前及时干预。
Dash博士总结道：“细胞在保持体内平衡的同时对压力的适应一直让我很感兴趣，想探索它们在帕金森氏症等疾病中的更深层次联系。
”通过这项研究，我们的团队希望药物开发工作侧重于分泌性自溶体介导的非常规分泌，这可能会导致新的治疗方法增强细胞的应激反应能力和溶酶体功能，从而改善患者预后并减缓疾病进展。p