史岸冰教授团队在囊泡运输研究领域取得新进展

发布时间:16-06-14 12:04:48 作 者: 浏览次数:

新闻网讯(通讯员 尹燕华)细胞内大分子货物需通过细胞物流系统准确运输到不同部位行使功能,如一些受体蛋白要送到细胞膜、神经递质需要释放到突触周边。细胞物流体系主要由囊泡运输系统所构成,其正常运转对细胞及个体的健康至关重要。在神经系统和免疫系统疾病、糖尿病等患者中,科学家们观察到囊泡转运缺陷,这些缺陷与疾病的关系如果得以阐明,或许可以找到疾病的治疗思路。为此,2013年诺贝尔生理学或医学奖被授予美国科学家詹姆斯·罗思曼、兰迪·谢克曼、托马斯·祖德霍夫,以表彰他们发现细胞的囊泡运输调控机制。

细胞代谢、细胞迁移、细胞分裂、营养吸收、免疫抗原呈递和神经元突触可塑性等众多细胞生命活动都依赖于囊泡循环运输,但目前对囊泡循环运输的机制还非常缺乏了解。与小型囊泡运输(如神经细胞中神经递质囊泡)不同,囊泡循环转运属于大型囊泡运输,囊泡通过膜形变,形成管状触角式膜结构,里面富集待运货物,待管状膜结构延伸到目的地附近后,通过出芽的方式脱离转运膜管,经由膜融合的方式到达转运终点。为了正确完成膜形变,让循环管状囊泡朝着正确的方向延伸,细胞利用与微丝骨架附着作为膜形变起始及延伸动力来源,就需要囊泡膜与骨架分子之间得准确桥连。之前的大量研究已确定了很多调控骨架和膜组成的因子,但是桥连的机制和关键因子尚不清楚。

6月6日,基础医学院“青年千人计划”入选者、史岸冰教授团队关于该方向的研究论文在线发表于国际知名生命科学期刊《美国科学公共图书馆遗传学》(PLoS Genetics)上(5年影响因子8.48),题目为《RAB-10促进EHBP-1介导的管状囊泡膜结构与微丝骨架的桥连》(RAB-10 Promotes EHBP-1 Bridging of Filamentous Actin and Tubular Recycling Endosomes),论文从分子细胞学、遗传学、生物化学等角度对细胞骨架和囊泡膜桥连机制进行了探讨。基础医学院博士生王培香、刘行为论文的共同第一作者,通讯作者为史岸冰教授和研究合作方美国新泽西州立大学Barth D. Grant教授。

Ras超家族成员小GTP蛋白RAB-10是调控内吞循环的核心因子,参与调节极性上皮细胞跨膜蛋白 (如葡萄糖转运体GLUT) 和神经元突触后跨膜蛋白 (如谷氨酸受体AMPAR) 的循环运输。EHBP-1是RAB-10的效应因子,含有三个结构域:N端NT-C2结构域,中间的细胞骨架结合CH域 (calponin homology domain) 和C端螺旋-螺旋域。史岸冰教授团队之前的研究证明EHBP-1通过其C端螺旋-螺旋域介导与RAB-10结合,但EHBP-1具体功能机理尚不清楚。本研究发现EHBP-1通过NT-C2与富含磷脂酰肌醇 PI(4,5)P2 的内膜结构亲和,并确定了NT-C2中介导膜亲和的关键氨基酸。EHBP-1中间CH结构域能够与微丝骨架结合,且这种蛋白质相互作用能够被RAB-10(GTP) 所促进。通过模式生物线虫中的在体研究,团队发现,RAB-10/EHBP-1调控系统的任一成员缺失都会导致货物蛋白滞留在循环内涵体,且这些内涵体无法形成正常的管网状运输结构。进一步的研究证实,EHBP-1将内涵体膜结构与微丝骨架桥连起来以促进形成管状运输膜结构,而活性态RAB-10(GTP) 调控了此过程。此研究揭示了囊泡循环运输调控中多类型分子协同功能的细胞生物学新机制。

此项研究历时两年半,研究工作得到了中组部“青年千人计划”、国家自然科学基金、我校自主创新基金的资助。据悉,自2013年在我校独立开展工作以来,史岸冰教授团队与美国斯坦福大学、美国新泽西州立大学、美国威斯康星大学麦迪逊分校、加拿大多伦多大学的相关团队开展协同合作,利用国际标准模式动物秀丽线虫作为研究系统,开展上皮细胞和神经元中功能膜蛋白囊泡运输调控研究,部分探索性工作已以华中科技大学为通讯作者单位,分别发表在欧洲生物化学学会期刊FEBS Lett (Zhou et al., 2016) 、Methods in Cell Biology (Shi et al., 2015) 和Small GTPases (Shi et al., 2013)上。

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