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，且不會喪失它們對抗外部介質(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)的這項新研究，第一次在納米水平上，以高時間分辨率確定了由dynamin介導(dǎo)的分裂行為的特征。“我們設(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。事實上，這項計劃已持續(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，同時通過熒光顯微鏡對其進(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。”
“借助這項技術(shù)，我們將可以對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。
