荷蘭癌症研究所遺傳學者Thijn Brummelkamp在被問及為何他擅長追蹤其他人沒有發現的蛋白和基因時回答說，“我非常善於大海撈針”，儘管有些蛋白和基因在長達40年的時間裡仍然難以捉摸。
在一項新的研究中，Brummelkamp及其團隊再次成功追蹤到了這些“神秘基因”中的一個：確保最終形式的肌動蛋白生成的基因。相關研究結果發表在2022年9月30日的Science期刊上，論文標題為“Actin maturation requires the ACTMAP/C19orf54 protease”。
細胞生物學家對肌動蛋白非常感興趣，因為肌動蛋白——-一種我們在一生中產生超過100公斤的蛋白——-是細胞骨架的一個主要組成部分，也是細胞中最豐富的分子之一。在每一種細胞型別中都可以發現大量的肌動蛋白，它有許多用途：它給細胞提供形狀，使其更加堅固；它在細胞分裂中發揮重要作用；它可以推動細胞前進，併為我們的肌肉提供力量。
肌動蛋白有問題的人經常患有肌肉疾病。人們對肌動蛋白的功能有很多瞭解，但這種重要蛋白的最終形式是如何形成的，哪個基因在背後支援？Brummelkamp說，“我們不知道。”
單倍體人類細胞中的遺傳學
在他的職業生涯中，Brummelkamp為此開發了許多獨特的方法，這使他能夠在二十年前首次在人類細胞中大規模讓基因失活進行遺傳學研究。“你不能像果蠅一樣讓人們進行雜交，然後看看會發生什麼。”
自2009年以來，Brummelkamp和他的團隊一直在使用單倍體人類細胞——-每個基因只含有一個複製，而不是兩個（一個複製來自你的父親，一個來自你的母親）。雖然兩個基因複製的組合構成了我們整個存在的基礎，但在進行遺傳學實驗時，它也會產生不必要的噪音，因為突變通常只發生在一個基因複製中（例如，來自你父親的那個），而不是另一個複製。
與其他研究人員一起，Brummelkamp使用這種多用途的方法來尋找特定疾病的遺傳原因。他已經展示了埃博拉病毒和其他一些病毒，以及某些形式的化療藥物是如何進入細胞的。他還研究了為什麼癌細胞對某些型別的治療有抵抗力，並發現了一種存在於癌細胞中的、對免疫系統起制動作用的蛋白。這一次，他去尋找一個使肌動蛋白成熟的基因。
尋找分子剪刀
正如Brummelkamp團隊在Science期刊上所描述的那樣，在一種蛋白成熟之前並且能夠在細胞中完全發揮它的功能之前，它通常必須先被移除一個特定的氨基酸。然後，這個氨基酸被一把分子剪刀從這種蛋白上剪掉。這也是發生在肌動蛋白中的情況。人們知道這個相關的氨基酸——- N末端乙醯化蛋氨酸——-是在肌動蛋白的哪一側被剪掉的。然而，沒有人成功找到在這個過程中充當分子剪刀的酶。
Brummelkamp團隊的博士後Peter Haahr進行了以下實驗：首先他在隨機單倍體細胞中引入隨機突變（錯誤）。然後，他透過在這些細胞中新增熒游標記的抗體來選擇含有未成熟肌動蛋白的細胞，所新增的抗體正好結合這個氨基酸被移除的位置。作為第三步，也是最後一步，他研究了在這一過程後哪個基因發生突變。
他們稱之為“ACTMAP”
然後一個令人狂喜的時刻到了：Haahr追蹤到了從肌動蛋白上剪除這個必需氨基酸的分子剪刀。這種分子剪刀原來是由一個先前功能未知的沒有人之前研究過的基因控制的。這意味著Brummelkamp團隊能夠自己為這個基因命名，他們命名為ACTMAP（ACTin MAturation Protease，肌動蛋白成熟蛋白酶）。
為了測試ACTMAP的缺乏是否會導致有機體出現問題，他們關閉了小鼠體內的這個基因。他們觀察到，這些小鼠的細胞骨架中的肌動蛋白仍未成熟，正如預期的那樣。他們驚訝地發現，這些小鼠確實活了下來，但卻遭受了肌肉無力。
ACTMAP並不是Brummelkamp發現的第一個在我們的細胞骨架功能中起作用的神秘基因。使用同樣的方法，他的團隊近年來已經能夠檢測到三個未知的分子剪刀（Nature Structural & Molecular Biology， 2019， doi：10。1038/s41594-019-0254-6）：微管蛋白羧肽酶、VASH1和SVBP，它們從細胞骨架的另一個主要組成部分——-微管蛋白（tubulin）——-上切除一個稱為酪氨酸的氨基酸。這些分子剪刀允許微管蛋白在細胞內正常地發揮它的動態功能。他們在今年5月在Science期刊上發現分子剪刀MATCAP是一種微管結合蛋白酶，可讓α-微管蛋白去酪氨酸化（Science， 2022， doi：10。1126/science。abn6020，詳見生物谷新聞報道：
Science：重大進展！發現一種新的微管蛋白去酪氨酸酶---MATCAP
）。透過早期針對細胞骨架的研究工作，Brummelkamp最終將研究物件瞄向了肌動蛋白。
微管蛋白去酪氨酸化是由不同的MATCAP和vasohibin去酪氨酸酶進行的。圖片來自doi：10。1126/science。abn6020
任務：繪製出所有23000個基因的圖譜
Brummelkamp說，“不幸的是，我們關於肌動蛋白的新發現並沒有告訴我們如何治療某些肌肉疾病。但是我們提供了關於細胞骨架的新的基礎知識，這些知識以後可能對其他人有用。”
此外，Brummelkamp的任務是有朝一日能夠繪製出我們所有23000個基因的功能圖譜，他可以從他的巨大名單上又勾出一個新的基因。畢竟，我們不知道我們一半的基因是做什麼的，這意味著當出現問題時我們無法進行干預。（生物谷 Bioon。com）
參考資料：
1. Peter Haahr et al. Actin maturation requires the ACTMAP/C19orf54 protease. Science, 2022, doi:10.1126/science.abq5082.
2. 'Mystery gene' matures the skeleton of the cell
https://phys.org/news/2022-09-mystery-gene-matures-skeleton-cell.html