王涛实验室发现V型质子泵参与果蝇视觉系统的膜蛋白运输

2018年7月1日，我所王涛实验室在《Molecular biology of the cell》杂志发表题为“The V-ATPase V1 subunit A1 is required for rhodopsin anterograde trafficking in Drosophila”的封面文章，发现V-ATPase的V1组分参与了果蝇视紫红质的运输过程。

果蝇中主要的视紫红质Rh1，是在ER中合成，经过N端糖基化修饰和严格的质量控制，最终运输到视觉传导发生的场所rhadomere（类似于脊椎动物的视杆结构）。Rh1在rhabdomere的定位对于正常的光传导过程和感光细胞的活性至关重要。在ER上有一列的分子伴侣参与视紫红质的合成和正确折叠。Rh1离开ER之后，还会经历一系列的去糖基化步骤，这对于它的正确运输和最后行使功能是很关键的。其中，反面内质网和高尔基体分泌小泡上的一个小GTP酶，Rab11参与了Rh1从高尔基体到rhabdomere的运输过程。然而，除了Rab11，目前对于Rh1从高尔基体运输到rhabdomere的过程知之甚少。

为了找到影响Rh1内稳态和感光细胞活性的突变体，作者用化学诱变剂EMS饲喂果蝇，通过观察转基因蛋白Rh1-GFP的荧光筛选了果蝇2号染色体上的基因。其中一个突变体的编码基因是vha68-1，编码V-ATPase中V1组分的A亚基。

作者发现，在vha68-1¹突变体果蝇的感光细胞中，Rh1蛋白运输到rhadomere的过程受到影响。Rh1蛋白积累在高尔基体分泌小泡里，染色结果显示Rh1蛋白与小GTP酶蛋白Rab11有共定位，而正确定位到rhabdomere上的Rh1蛋白减少。作者追踪了新合成的Rh1蛋白，发现在突变体果蝇里Rh1蛋白上膜过程变慢。由于V型质子泵对于维持细胞内的酸性至关重要，作者利用对酸性敏感的GFP变种pHluorin检测了突变体果蝇感光细胞的pH值，发现突变体果蝇细胞的pH值升高。作者还发现突变体果蝇里Rh1蛋白表现出去糖基化缺陷，遗传学上位显性实验表明vha68-1¹突变体中Rh1去糖基化步骤在高尔基体之后终止。基于这些实验结果，作者提出了一个Vha68-1参与膜蛋白运输的模型。在野生型果蝇中，Rh1在ER上合成并被糖基化，在Rh1运输到rhabdomere的过程中，糖基链在高尔基体和分泌小泡中被一步步移除。在突变体果蝇中，高尔基体的分泌小泡不能维持酸性条件，Rh1的糖基链没有被完全移除，Rh1积累在分泌小泡中，最终导致rhabdomere上有功能的Rh1蛋白减少。该研究也为进一步了解V-ATPase功能失常导致的疾病提供了一个很好的动物模型。

我所王涛实验室PTN项目博士生赵海芳为本文的第一作者，其他作者包括王婧。王涛博士为本文通讯作者。该研究由科技部973项目和北京市科委资助，在北京生命科学研究所完成。