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Science揭示細(xì)胞膜分裂新機(jī)制

日期:2013-04-10 09:00:08

由西班牙巴斯克大學(xué)生物物理學(xué)部門(UPV/EHU)細(xì)胞膜納米力學(xué)研究小組領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究,使得確定一種負(fù)責(zé)細(xì)胞膜分裂的蛋白的功能特征變?yōu)榭赡堋_@項(xiàng)研究的研究結(jié)果發(fā)表在著名期刊《科學(xué)》(Science)上,使得人們有可能以新的角度來了解細(xì)胞生命的基本機(jī)制,如細(xì)胞膜的融合與分裂。更重要的是,開發(fā)的新方法學(xué)將幫助讓各種神經(jīng)肌肉疾病得到確診。

 

細(xì)胞具有一系列特別的蛋白,確保它們的膜可以發(fā)生融合或分離,且不會(huì)喪失它們對(duì)抗外部介質(zhì)的保護(hù)作用。其中一種特別的蛋白就是負(fù)責(zé)內(nèi)吞膜泡(endocytic vesicle)頸部收縮和分裂的dynamin蛋白。Dynamin有兩個(gè)主要特征:它能以高彎曲度組裝膜以及它的GTP活性,換句話說,就是利用GTP分子中儲(chǔ)存能量的能力。GTP即鳥苷三磷酸,是一種在細(xì)胞代謝中起至關(guān)重要作用的化合物。

 

迄今為止,人們都認(rèn)為dynamin利用GTP能量,導(dǎo)致膜泡頸部發(fā)生極強(qiáng)的收縮,因而導(dǎo)致其分裂。由Vadim Frolov領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)新研究,第一次在納米水平上,以高時(shí)間分辨率確定了由dynamin介導(dǎo)的分裂行為的特征。“我們?cè)O(shè)法確定了dynamin最小功能單位的特征,”研究人員說。

 

這一研究使得人們有可能將dynamin介導(dǎo)的膜分裂過程分為兩個(gè)階段:第一,是純粹的機(jī)械性階段,囊泡頸部收縮就發(fā)生于這一階段;第二階段,“dynamin像催化中心一樣發(fā)揮功能,將它的一些結(jié)構(gòu)域插入到細(xì)胞膜中。GTP水解作用提高了dynamin分子的內(nèi)部柔性,因此使得蛋白能以最適宜的形狀存在于細(xì)胞膜上,確保細(xì)胞膜分裂。這一最佳條件構(gòu)成了‘幾何催化’的本質(zhì),幾何催化是在細(xì)胞膜重建時(shí)檢測蛋白質(zhì)活性的一種新方法,”Frolov說。

 

根據(jù)Frolov所說,這一研究標(biāo)志著“細(xì)胞膜納米力學(xué)研究組開啟了新的研究方向。事實(shí)上,這項(xiàng)計(jì)劃已持續(xù)開展了兩年,其促使規(guī)范和開發(fā)出了能以高時(shí)空精度確定dynamin作用特征的一種新方法。它將熒光顯微鏡測量與電生理測量相結(jié)合,現(xiàn)在我們能夠在某一位置上測量沿著脂質(zhì)納米管內(nèi)徑通過的離子,同時(shí)通過熒光顯微鏡對(duì)其進(jìn)行觀察。這一結(jié)果可以被轉(zhuǎn)化成一種技術(shù),使得研究人員能夠在非常小的尺度上確定極快過程的特征。”

 

“借助這項(xiàng)技術(shù),我們將可以對(duì)dynamin小突變導(dǎo)致各種人類疾病,例如神經(jīng)肌肉疾病的原因開展研究,”Frolov說。

 


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