2025年1月22日，深圳湾实验室神经疾病研究所王彦庄教授团队在Molecular Biology of the Cell杂志发表题为 “GRASP55 regulates sorting and maturation of the lysosomal enzyme β-hexosaminidase A” 的研究论文。该研究揭示了GRASP55在溶酶体生物发生中的关键作用，重点探讨其对溶酶体蛋白酶HEXA (β-己糖胺酶A) 成熟和运输的影响。研究发现，GRASP55缺失会扰乱HEXA的正常运输，导致未成熟的HEXA前体向胞外分泌增加，同时细胞内成熟的HEXA减少。此外，GRASP55还影响HEXA与甘露糖6-磷酸受体（MPR）的相互作用，并调控GNPTAB的表达水平。这些发现表明GRASP55在维持溶酶体酶稳态中具有重要作用。
高尔基体的囊泡组织和层叠结构在蛋白质翻译后修饰、脂质合成与代谢中扮演着重要角色，而GRASP55和GRASP65蛋白是维持高尔基体结构和功能的关键。GRASP蛋白的缺失会导致高尔基体结构碎片化，从而引发蛋白修饰、脂质代谢、货物分选及高尔基体细胞内运输等多方面的缺陷。
与其他糖蛋白不同，大多数靶向溶酶体的水解酶需要通过甘露糖6-磷酸（M6P）的修饰实现正确分选。这一修饰过程主要由高尔基体上的GNPTAB酶完成。M6P标记的糖蛋白酶需要与MPR结合以确保其被正确运输至溶酶体。此前，王彦庄教授团队发现GRASP55的缺失会导致溶酶体酶cathepsin D的错误分选和分泌，但具体机制尚不清楚。为此，团队通过深入分析GRASP55敲除细胞的分泌组学数据，进一步探讨其对溶酶体酶分选和运输的影响。
研究结果显示，GRASP55敲除会显著增加溶酶体酶（包括HEXA）的细胞外分泌。HEXA由α和β亚基组成，是一种由15号和5号染色体上的HEXA和HEXB基因编码的异二聚体蛋白复合物，主要负责水解糖胺聚糖，尤其是GM2神经节苷脂。HEXA基因突变会导致Tay-Sachs病，这是一种以神经细胞逐步损伤为主要特征的溶酶体储存障碍疾病。在Tay-Sachs病中，HEXA突变阻碍其从内质网向高尔基体的正常运输。
进一步研究表明，GRASP55缺失显著影响HEXA靶向溶酶体的过程。与野生型细胞相比，GRASP55敲除细胞中HEXA的蛋白水平和活性显著降低，而未成熟的HEXA前体分泌显著增加。此外，GNPTAB表达减少及HEXA与MPR结合的减少也阻碍了HEXA的有效运输。这些结果揭示了GRASP55在溶酶体酶分选中的调控机制，并强调其在HEXA正确定位与功能中的关键作用。这项研究为深入理解Tay-Sachs病的细胞功能障碍机制提供了重要启示。
Figure 1: Secretome analysis of secreted proteins in 55KO cells
A) Volcano plot of secreted proteins in medium of 55KO cells versus WT secretome. Lysosomal proteins are heightened in red dots. B) Volcano plot of candidate proteins retained in 55KO cell lysates versus WT secretome. Lysosomal proteins are heightened in blue dots. HEXA is highlighted. C) Normalized medium lysates of selected lysosomal-associated enzymes.
本研究的第一作者是密歇根大学分子、细胞与发育生物学系本科生Sarah Reem Akaaboune，通讯作者为王彦庄教授。王彦庄教授近期从密歇根大学加入深圳湾实验室，继续开展前沿研究。
王彦庄，深圳湾实验室神经疾病研究所资深研究员，曾任美国密歇根大学终身教授及密歇根神经生物学研究所成员，Camillo Therapeutics公司联合创始人。他长期致力于高尔基体生物学研究，涉及细胞、生化、分子、神经及内分泌等多个领域，在基础研究和疾病诊疗方面取得了一系列突破性成果。目前，王教授课题组正在积极招募助理研究员、博士后及博士研究生，热忱欢迎有志于生命科学研究的优秀人才加入！
GRASP55 regulates sorting and maturation of the lysosomal enzyme β-hexosaminidase A
https://doi.org/10.1091/mbc.E24-10-0452
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