科學家揭示內質網融合蛋白調控膜轉運的分子機制

6月25日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜誌在線發表了中國科學院生物物理研究所胡俊傑課題組的研究論文「Atlastin-mediated membrane tethering is critical forcargo mobility and exit from the endoplasmic reticulum」。該研究發現內質網膜融合蛋白atlastin（ATL）參與調節內質網中蛋白的流動性及膜轉運，為管狀內質網的功能闡明提供了新的依據。

真核細胞中的內質網是由連續的片狀和管狀結構組成的複雜網路，縱橫交錯的管狀網路主要由兩組富集於管狀內質網的膜蛋白來維持：Reticulons 和REEPs可以誘導產生並穩定膜曲度，使生物膜形成管狀結構；dynamin超家族蛋白 ATL則通過介導膜融合促進內質網管狀網路的構建。細胞中ATL的缺失或突變會導致內質網產生長而不分枝的管狀結構，ATL1的突變在人體內會引起遺傳性痙攣性截癱（HSP）。胡俊傑研究組近幾年的研究成果揭示了ATL及其同源蛋白Sey1p和RHD3介導內質網同源膜融合的分子機制，而內質網管狀網路在細胞生命活動中行使的具體生理功能及作用機制仍不清楚。

內質網中合成的分泌蛋白和其他內膜系統的膜蛋白在經過摺疊修飾後，需要通過COPII (coat protein II) 包被的囊泡運往高爾基體。該研究發現ATL敲除的細胞中，外周COPII的形成顯著減少，貨物蛋白從內質網的輸出被延遲。內質網輸出位點（ER exit sites，ERESs）的形成和分布並不受到ATLs缺失的影響，但是很多輸出位點不能進一步招募COPII衣被蛋白。半通透細胞的COPII出芽實驗顯示，內質網中缺失ATLs或內質網被瞬時片段化時，COPII貨物蛋白的包裝效率都會明顯降低，而不同的貨物會受到不同程度的影響。進一步研究發現ATL的缺失會降低貨物蛋白在內質網中的流動性。有趣的是，不能介導融合但可以部分實現膜拴連的ATL1 R77A突變體在缺失了ATLs的細胞中表達時，雖不能完全恢復內質網的形態，卻足以恢復蛋白的流動性和COPII的形成。這些發現表明，內質網膜的拴連對於調控內質網中的物質流動，以及COPII貨物蛋白的有效包裝起著至關重要的作用。有報道顯示，膜的側向張力對膜的流動性有很大影響，而膜拴連恰恰能起到維持膜側向張力的效果。

該工作由生物物理所及香港科技大學合作完成。生物物理所研究員胡俊傑和香港科技大學教授郭玉松為論文的共同通訊作者，胡俊傑課題組的牛麗靈和郭玉松課題組的馬天驥為論文的並列第一作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中科院戰略性先導科技專項（培育項目）的支持。

ATL調節COPII形成的模式圖

（來源：中科院之聲）

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