Cell新文章:解答十年細(xì)胞生物學(xué)謎題
日期:2012-10-25 07:31:37
在10月12日的《細(xì)胞》(Cell)雜志上,來自康奈爾大學(xué)的一項(xiàng)研究揭示了稱作內(nèi)吞體分選轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合體(endosomal sorting complex required for transport,ESCRTs)的細(xì)胞膜塑形(membrane-sculpting)蛋白促進(jìn)囊泡(vesicles)形成的機(jī)制,自十多年前發(fā)現(xiàn)ESCRTs以來這一過程一直是一個(gè)待解的謎題。
為了將細(xì)胞內(nèi)的廢物清除,細(xì)胞膜塑形蛋白ESCRTs會促進(jìn)囊泡(分子垃圾袋)形成,將來自細(xì)胞區(qū)室表面舊的受損的蛋白質(zhì)帶到了內(nèi)部回收利用工廠,在那里將廢物降解,使組件獲得重新利用。
如果這些“垃圾袋”不能完成它們的傳遞任務(wù),包括癌癥和神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的許多疾病就會形成。此外,像HIV等病毒可以劫持這些細(xì)胞膜塑形蛋白導(dǎo)致感染細(xì)胞破裂。
論文的資深作者是康奈爾大學(xué)Weill細(xì)胞和分子生物學(xué)研究所主任Scott Emr,Emr實(shí)驗(yàn)室的博士后研究人員Mike Henne和Nicholas Buchkovich共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。研究論文描述了研究人員如何重新構(gòu)建出ESCRT機(jī)器的一部分——一個(gè)稱作ESCRT-III的復(fù)合物的過程。ESCRT-III可使得細(xì)胞膜彎曲,這是在細(xì)胞膜最終掐斷(pinch off)和關(guān)閉形成囊泡前的一個(gè)關(guān)鍵步驟。隨后研究人員利用高倍電子顯微鏡對細(xì)胞膜彎曲的過程進(jìn)行了成像。
研究人員證實(shí)ESCRT-III復(fù)合物中的蛋白質(zhì)分階段起作用,一種蛋白裝配成螺旋,其他的蛋白質(zhì)則將這些螺旋進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榫o密的螺絲錐形螺旋,使得細(xì)胞膜彎曲,隨后形成了一個(gè)囊泡。
“我們認(rèn)為這些實(shí)驗(yàn)告訴了我們ESCRT-III是一個(gè)動態(tài)復(fù)合物,通過形成彈簧樣纖維使細(xì)胞膜彎曲,從而生成了囊泡。如果情況確是這樣,這有可能是在細(xì)胞內(nèi)構(gòu)建膜曲度(membrane curvature)的一種新方法,”Henne說。
ESCRT機(jī)器總共由5個(gè)不同的復(fù)合物構(gòu)成,它們必須協(xié)同作用完成工作。研究人員認(rèn)為這些復(fù)合物以一種特異的事件順序?qū)⒈舜苏心嫉搅四遗莸谋砻?/SPAN>
在對ESCRT-III復(fù)合物成像后,研究人員檢測了ESCRT-III與它的近鄰和招募者ESCRT-II的相互作用機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)ESCRT-II控制了ESCRT-III的結(jié)構(gòu),且與ESCRT-III一起作用在細(xì)胞膜表面構(gòu)建出了微小ESCRT-III環(huán)。由于ESCRT-III包含一種負(fù)責(zé)抓取垃圾的特殊蛋白,研究人員認(rèn)為ESCRT-II 和ESCRT-III共同作用在ESCRT-III環(huán)最終成熟為膜彎曲彈簧之前首先抓取隨后捕獲了ESCRT-III環(huán)中的細(xì)胞垃圾。
囊泡中容納有不同的細(xì)胞材料,其中許多攜帶著蛋白質(zhì)廢物。它們還通過納入細(xì)胞表面上的細(xì)胞信號受體并由此關(guān)閉它們從而實(shí)現(xiàn)對它們的調(diào)控。隨后這些蛋白質(zhì)被帶到稱作溶酶體的細(xì)胞回收工廠,在那里通過消化酶類進(jìn)行降解。
解開這一過程的這些步驟為Emr實(shí)驗(yàn)室在未來的研究中準(zhǔn)確探究囊泡形成最后時(shí)刻的調(diào)節(jié)機(jī)制開啟了大門。囊泡分離(Vesicle scission)目前仍是該領(lǐng)域的一個(gè)待解之謎。
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