泛素-蛋白酶体系统负责真核细胞中绝大多数蛋白的降解,参与调控几乎所有细胞功能。其中,26S蛋白酶体自身的调控机制及其亚细胞定位是经常被忽略的重要科学问题。通常人们认为蛋白酶体主要定位于细胞质与细胞核中,但近年来有证据表明细胞中的多种膜结构上也存在蛋白酶体。蛋白酶体膜定位的分子机制、生理意义和调控方式尚不明了。本论文就这一问题进行深入研究,通过免疫荧光、胶体金免疫电镜、细胞组分分离、点击化学、基因编辑、定量质谱等手段,证明蛋白酶体亚基Rpt2的N端肉豆蔻酰化修饰是蛋白酶体膜定位的普遍机制。该修饰从酵母到人高度保守且在多种组织细胞类型中广泛存在。在细胞中阻断该修饰可显著降低膜定位蛋白酶体含量。更重要的是,Rpt2肉豆蔻酰化缺失的纯合突变在小鼠中胚胎致死,反映了膜定位蛋白酶体具有重要的生物学功能。针对小鼠胚胎成纤维细胞的SILAC定量质谱研究显示,膜定位蛋白酶体的缺失导致数百个蛋白的含量发生改变,其中2/3的蛋白与细胞中各种膜结构相关,参与调控细胞黏附等多种功能。出人意料的是,Rpt2肉豆蔻酰化同时调控该蛋白Y439位点的磷酸化,后者严格依赖Rpt2的膜定位。进一步研究显示该现象的原因在于Rpt2-Y439磷酸化受到膜定位酪氨酸激酶Src及膜定位酪氨酸磷酸酶PTPN2的共同调节。Y439磷酸化破坏蛋白酶体组装,因此在Src过度激活的癌细胞中,膜定位蛋白酶体活性受到抑制。裸鼠成瘤实验显示,Rpt2-Y439磷酸化对于癌细胞响应Src激酶抑制剂的抗肿瘤作用十分重要;表达Rpt2-Y439F突变体的癌细胞对Src抑制剂的敏感度降低。综上,本论文利用丰富的技术手段阐明了哺乳动物中蛋白酶体膜定位的机制、功能和调控,加深了对于蛋白质区域化降解的认识,为研究蛋白酶体和蛋白降解研究开辟了新的方向,也为增强酪氨酸激酶抑制剂在抗癌治疗中的功效提供了新的思路。