10月13日，最新一期的developmentalcell上發(fā)表了中國科學院生物物理研究所孫飛研究組與合作研究單位關(guān)于囊泡轉(zhuǎn)運再循環(huán)過程中acap1分子重塑細胞膜機理的最新研究成果，論文的標題為 aphdomaininacap1possesseskeyfeaturesofthebardomaininpromotingmembranecurvature。

細胞膜的重塑（membraneremodeling）對于細胞器的生成、囊泡轉(zhuǎn)運、細胞運動和胞質(zhì)分裂等生理功能至關(guān)重要。含有bar結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)家族被認為是重塑細胞膜的一類重要分子。已知bar蛋白重塑細胞膜的分子機制有兩類：一類是通過簡單的腳手架（scaffolding）機制，即bar結(jié)構(gòu)域通過二聚化形成香蕉形結(jié)構(gòu)，之后通過靜電作用與細胞膜相互作用，以自身的曲率誘導膜變形；另一類叫做n-bar，通過n端的疏水或兩親性螺旋結(jié)構(gòu)插入細胞膜來產(chǎn)生不同的膜曲率誘導膜變形。然而，有很多蛋白，其bar結(jié)構(gòu)域需要相鄰的ph結(jié)構(gòu)域來共同誘導細胞膜變形，其中的分子機制尚不明晰。

孫飛研究組與哈佛醫(yī)學院victorhsu研究組、香港城市大學范俊研究組合作，以acap1(arfgapwithcoiledcoil,ankrepeatandph)的bar-ph結(jié)構(gòu)單元為研究對象，通過冷凍電鏡、x射線晶體學、分子動力學、生物化學和細胞生物學等多種技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)單元在胞吞再循環(huán)過程中采用了不同于之前已知的兩類細胞膜重塑機制，并對該機制的詳細分子機理進行了解析。研究結(jié)果表明，在bar-ph這樣的結(jié)構(gòu)單元中，ph結(jié)構(gòu)域起到了關(guān)鍵作用，其通過識別磷酸化的磷脂酰肌醇來與細胞膜相互作用，并將一個兩親性loop結(jié)構(gòu)插入細胞膜引起膜曲率并誘導膜變形，而bar結(jié)構(gòu)域僅僅起到一個支架作用，通過彼此相互作用在細胞膜上聚集，促進細胞膜的最終變形。在該項研究中，冷凍電鏡三維重構(gòu)數(shù)據(jù)提供了最直接的證據(jù)，而分子動力學模擬則進一步印證了冷凍電鏡的觀察結(jié)果和生化的數(shù)據(jù)。

事實上，除acap1外，還存在很多蛋白其含有bar-ph結(jié)構(gòu)單元，如arfgap家族和appl蛋白等，此外還存在很多蛋白其含有px-bar結(jié)構(gòu)單元，如sortingnexin家族，推測它們可能具有與acap1相似的膜結(jié)合和重塑功能。因此，該項研究所發(fā)現(xiàn)的細胞膜重塑分子機理可能廣泛存在于囊泡轉(zhuǎn)運分子過程中，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的借鑒。

中科院生物物理所孫飛研究員與哈佛大學醫(yī)學院victorhsu教授為該工作的共同通訊作者。論文第一作者孫飛組助理研究員龐效云是該工作的主要完成人。第二作者香港城市大學的范俊博士完成了分子動力學模擬的工作。第三作者孫飛組副研究員張艷博士完成了冷凍電鏡圖像數(shù)據(jù)的處理。該研究工作得到了科技部“973”計劃、國家自然科學基金以及美國nih的資助。