研究揭示RAS棕榈酰转移酶调控机制

RAS参与多个信号通路，翻译后修饰调控RAS的亚细胞定位从而调控下游信号转导。其中，棕榈酰化是HRAS和NRAS信号转导的必要修饰。酰基转移酶DHHC9结合辅助蛋白GCP16催化HRAS和NRAS的棕榈酰化，但GCP16与DHHC9相互作用以及GCP16调控DHHC9棕榈酰化活性的分子机制尚不清楚。

西湖大学生命科学学院胡奇团队和吴建平团队合作在Nature Structrual & Molecular Biology杂志发表了题为“Regulation of RAS palmitoyltransferases by accessory proteins and palmitoylation” 的研究论文（图1）。

该研究报道了催化RAS棕榈酰化的人源酰基转移酶DHHC9-GCP16及酵母同源蛋白Erf2-Erf4复合物的冷冻电镜结构，阐释了辅助蛋白对酰基转移酶的调控作用，发现了DHHC9中磷脂分子的结合及非活性中心的三个半胱氨酸位点（Cys24、25和288）的棕榈酰化对酶催化活性至关重要，并基于结构发现了DHHC9之外可以结合辅助蛋白GCP16并催化RAS棕榈酰化的酰基转移酶DHHC14和DHHC18。

RAS家族活性受到GTP和GDP的调控，结合GDP时为非活性状态，结合GTP之后被激活。此外，RAS活性还受脂化修饰调控。RAS的C末端具有保守的CAAX（半胱氨酸-脂肪族氨基酸-脂肪族氨基酸-任意氨基酸）基序，半胱氨酸位点异戊烯化使RAS转运至内质网。RAS家族成员HRAS和NRAS还存在第二种脂化修饰——棕榈酰化，介导HRAS和NRAS转运至细胞膜，并激活下游信号转导。

DHHC9是已知的HRAS和NRAS的酰基转移酶。作为人体内23个半胱氨酸酰基转移酶之一，DHHC9催化长链脂酰基（通常为棕榈酰基）对RAS的CAAX序列之前的半胱氨酸侧链进行修饰。DHHC9的催化活性依赖于辅助蛋白GCP16，但GCP16与DHHC9的相互作用及DHHC9酶活性的调控机制尚不清楚。

为研究辅助蛋白GCP16对DHHC9活性的调控机制，团队表达纯化了人源DHHC9-GCP16复合物及其在酵母中的同源蛋白Erf2-Erf4复合物，并解析了二者的冷冻电镜结构（图2）。

结构显示，GCP16通过稳定DHHC9的结构调控DHHC9活性，而非直接参与DHHC9的催化过程（图3）。

研究团队发现，在DHHC9与GCP16相互作用界面上存在一个磷脂分子，可以稳定DHHC9构象及其与GCP16的相互作用（图3）。此外，团队在DHHC9催化中心之外的三个半胱氨酸（C24、C25和C288）上鉴定到了棕榈酰化修饰（图4）。生化实验证明这三个位点的修饰对DHHC9的催化活性十分重要，位点突变显著降低了DHHC9对底物的棕榈酰化修饰水平。

结构分析及序列比对显示DHHC9与GCP16相互作用的氨基酸在DHHC14和18中高度保守。团队进一步验证了DHHC14和18均需要与GCP16在细胞中共表达才能拿到稳定的蛋白，并且DHHC14-GCP16和DHHC18-GCP16复合物均可催化HRAS和NRAS的棕榈酰化。在HEK293T细胞中敲降DHHC9、14或18均可降低NRAS的棕榈酰化水平并影响NRAS的亚细胞定位（图5）。

西湖大学胡奇研究员和吴建平研究员为本文的共同通讯作者，博士研究生杨安澜、刘胜杰和张寓琪为本文的共同第一作者。其他合作者包括西湖大学邹贻龙研究员、冯杉博士、陈佳、范钰婧、王凤翔，另外特别感谢西湖大学卢培龙研究员、陈银娟博士、孙科、王可提供的支持与帮助。感谢西湖大学冷冻电镜平台、高性能计算中心、质谱与代谢平台、显微成像平台和分子科学公共实验平台的支持和帮助。该研究得到了西湖实验室（生命科学和生物医学浙江省实验室）、浙江省自然科学基金和西湖教育基金会的资助。

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