近日，中國科學(xué)院生物物理研究所生物大分子國家重點實驗室研究員孫飛課題組在膜動態(tài)分子機制研究方面的最新研究成果以Structural insights into membrane remodeling by SNX1為題，在線發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences上。該研究解析了細胞內(nèi)體運輸途徑中包被蛋白Sorting nexin 1（SNX1）在細胞膜上的分子組裝模式，闡釋了SNX1重塑細胞膜變形的分子機理。

囊泡運輸（esicle trafficking）是真核細胞內(nèi)膜性細胞器之間主要的物質(zhì)運輸方式，既是生命活動的基本過程，又是極其復(fù)雜的動態(tài)過程，涉及到眾多蛋白分子和調(diào)控因子。包被蛋白（coat proteins）是囊泡運輸?shù)年P(guān)鍵分子，可誘導(dǎo)細胞膜發(fā)生變形，參與貨物分子的分選識別，從而形成囊泡。經(jīng)典的包被蛋白主要有三類，即COPI、COPII和Clathrin。不同于經(jīng)典的包被蛋白，Sorting nexin類蛋白分子SNXs是內(nèi)體運輸途徑中的一類重要包被蛋白。已知SNXs參與MI-CPR（cation-independent mannose 6-phosphate receptor）和Semaphorin 4C等膜蛋白受體的循環(huán)運輸過程。盡管SNXs蛋白可以使細胞膜變形，但具體變形分子機制尚不清楚。

科研人員利用冷凍電鏡螺旋三維重構(gòu)技術(shù)解析了SNX1重塑細胞膜復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)（圖1）。SNX1包含PX結(jié)構(gòu)域和BAR結(jié)構(gòu)域。螺旋結(jié)構(gòu)表明，SNX1二聚體是最小的組裝單元，其凹面覆蓋在細胞膜上，組裝體的層與層之間主要由BAR結(jié)構(gòu)域之間較短的側(cè)面-側(cè)面相互作用介導(dǎo)，層內(nèi)主要由BAR結(jié)構(gòu)域與PX結(jié)構(gòu)之間作用介導(dǎo)。研究還發(fā)現(xiàn)，BAR結(jié)構(gòu)域與PX結(jié)構(gòu)域之間的一段兩性螺旋直接參與了細胞膜的重塑，該段兩性螺旋的刪除明顯降低了SNX1與細胞膜的結(jié)合，嚴重影響了細胞膜的變形，提示該段雙性螺旋是SNX1執(zhí)行細胞膜重塑功能的關(guān)鍵因子。此外，研究發(fā)現(xiàn)PX結(jié)構(gòu)域的PI3P結(jié)合位點對于細胞膜的結(jié)合和管狀結(jié)構(gòu)的形成是必要的。

與SNX1晶體結(jié)構(gòu)相比，膜結(jié)合狀態(tài)的SNX1曲率變小，推測是與細胞膜作用導(dǎo)致構(gòu)象變化，從而形成延伸的二聚體結(jié)構(gòu)排布在細胞膜上。與來自真菌中的同源Sorting nexin類包被蛋白復(fù)合體retromer-vps5相比，SNX1二聚體與Vps5二聚體基本單元相似，但在組裝方式上有所不同，主要表現(xiàn)在層間或者層內(nèi)相鄰的兩個二聚體間的距離。Vps5之間的距離短從而形成更緊密的組裝體。

該研究闡釋了SNX1重塑細胞膜變形的分子機理--SNX1主要通過PX結(jié)構(gòu)域和一段雙性螺旋與細胞膜結(jié)合，通過BAR結(jié)構(gòu)域和PX結(jié)構(gòu)域在細胞膜上形成螺旋組裝體。此外，研究提示了Retromer-SNX衣被復(fù)合體的組裝過程，即SNX1首先結(jié)合到細胞膜上，SNX1二聚體的曲率從大變小，形成更延伸的狀態(tài)，進一步Retromer結(jié)合到SNX1上，形成一個更緊湊的組裝體。(生物谷世聯(lián)博研Bioexcellence）

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