Protein degradation in eukaryotic cells is mainly carried out by the 26S proteasome, a macromolecular complex not only present in the cytosol and nucleus but also associated with various membranes. How proteasomes are anchored to the membrane and the biological meaning thereof have been largely unknown in higher organisms. Here we show that N-myristoylation of the Rpt2 subunit is a general mechanism for proteasome-membrane interaction. Loss of this modification in the Rpt2-G2A mutant cells leads to profound changes in the membrane-associated proteome, perturbs the endomembrane system and undermines critical cellular processes such as cell adhesion, endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) and membrane protein trafficking. Rpt2 G2A/G2A homozygous mutation is embryonic lethal in mice and is sufficient to abolish tumor growth in a nude mice xenograft model. These findings have defined an evolutionarily conserved mechanism for maintaining membrane protein homeostasis and underscored the significance of compartmentalized protein degradation by m yristoyl- a nchored p roteasomes (MAPs) in health and disease.

Abstract Reversible phosphorylation has emerged as an important mechanism for regulating 26S proteasome function in health and disease. Over 100 phospho-tyrosine (pTyr) sites of the human proteasome have been detected, and yet their function and regulation remain poorly understood. Here we show that the 19S subunit Rpt2 is phosphorylated at Tyr439, a strictly conserved residue within the C-terminal HbYX motif of Rpt2 that is essential for 26S proteasome assembly. Unexpectedly, we found that Y439 phosphorylation depends on Rpt2 membrane localization mediated by its N-myristoylation. Multiple receptor tyrosine kinases (RTKs) can trigger Rpt2-Y439 phosphorylation by activating Src, a N-myristoylated tyrosine kinase. Src directly phosphorylates Rpt2-Y439 in vitro and negatively regulates 26S proteasome integrity and activity at cellular membranes, which can be reversed by the membrane-associated isoform of protein tyrosine phosphatase non-receptor type 2 (PTPN2). In H1975 lung cancer cells with activated Src, blocking Rpt2-Y439 phosphorylation by the Y439F mutation conferred partial resistance to the Src inhibitor saracatinib both in vitro and in a mouse xenograft tumor model, and caused significant changes of cellular responses to saracatinib at the proteome level. Our study has defined a novel mechanism involved in the spatial regulation of proteasome function and provided new insights into tyrosine kinase inhibitor-based anti-cancer therapies.