Cell：揭示蛋白促进囊泡形成机制

2013-10-09

来自康奈尔大学的一项研究揭示了称作内体蛋白分选转运装置的细胞膜塑形蛋白促进囊泡形成的机制,自十多年前发现 ESCRTs以来这一过程一直是一个待解的谜题.

10月12日的《细胞》(Cell)杂志上，来自康奈尔大学的一项研究揭示了称作内体蛋白分选转运装置(endosomal sorting complex required for transport，ESCRTs)的细胞膜塑形(membrane-sculpting)蛋白促进囊泡(vesicles)形成的机制，自十多年前发现 ESCRTs以来这一过程一直是一个待解的谜题。

为了将细胞内的废物清除，细胞膜塑形蛋白ESCRTs会促进囊泡(分子垃圾袋)形成，将来自细胞区室表面旧的受损的蛋白质带到了内部回收利用工厂，在那里将废物降解，使组件获得重新利用。

如果这些“垃圾袋”不能完成它们的传递任务，包括癌症和神经退行性疾病在内的许多疾病就会形成。此外，像HIV等病毒可以劫持这些细胞膜塑形蛋白导致感染细胞破裂。

论文的资深作者是康奈尔大学Weill细胞和分子生物学研究所主任Scott Emr，Emr实验室的博士后研究人员Mike Henne和Nicholas Buchkovich共同领导了这项研究。研究论文描述了研究人员如何重新构建出ESCRT机器的一部分——一个称作ESCRT-III的复合物的过程。 ESCRT-III可使得细胞膜弯曲，这是在细胞膜最终掐断(pinch off)和关闭形成囊泡前的一个关键步骤。随后研究人员利用高倍电子显微镜对细胞膜弯曲的过程进行了成像。

研究人员证实ESCRT-III复合物中的蛋白质分阶段起作用，一种蛋白装配成螺旋，其他的蛋白质则将这些螺旋进一步转变为紧密的螺丝锥形螺旋，使得细胞膜弯曲，随后形成了一个囊泡。

“我们认为这些实验告诉了我们ESCRT-III是一个动态复合物，通过形成弹簧样纤维使细胞膜弯曲，从而生成了囊泡。如果情况确是这样，这有可能是在细胞内构建膜曲度(membrane curvature)的一种新方法。”Henne说。

ESCRT机器总共由5个不同的复合物构成，它们必须协同作用完成工作。研究人员认为这些复合物以一种特异的事件顺序将彼此招募到了囊泡的表面。

在对ESCRT-III复合物成像后，研究人员检测了ESCRT-III与它的近邻和招募者ESCRT-II的相互作用机制。他们发现ESCRT-II控制了ESCRT-III的结构，且与ESCRT-III一起作用在细胞膜表面构建出了微小ESCRT-III环。由于ESCRT-III包含一种负责抓取垃圾的特殊蛋白，研究人员认为ESCRT-II 和ESCRT-III共同作用在ESCRT-III环最终成熟为膜弯曲弹簧之前首先抓取随后捕获了ESCRT-III环中的细胞垃圾。

囊泡中容纳有不同的细胞材料，其中许多携带着蛋白质废物。它们还通过纳入细胞表面上的细胞信号受体并由此关闭它们从而实现对它们的调控。随后这些蛋白质被带到称作溶酶体的细胞回收工厂，在那里通过消化酶类进行降解。

解开这一过程的这些步骤为Emr实验室在未来的研究中准确探究囊泡形成最后时刻的调节机制开启了大门。囊泡分离(Vesicle scission)目前仍是该领域的一个待解之谜。

Cell：揭示蛋白促进囊泡形成机制

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