Science揭示细胞膜分裂新机制
生物通报道 由西班牙巴斯克大学生物物理学部门（UPV/EHU）细胞膜纳米力学研究小组领导的一项新研究，使得确定一种负责细胞膜分裂的蛋白的功能特征变为可能。这项研究的研究结果发表在著名期刊《科学》（Science）上，使得人们有可能以新的角度来了解细胞生命的基本机制，如细胞膜的融合与分裂。更重要的是，开发的新方法学将帮助让各种神经肌肉疾病得到确诊。
细胞具有一系列特别的蛋白，确保它们的膜可以发生融合或分离，且不会丧失它们对抗外部介质的保护作用。其中一种特别的蛋白就是负责内吞膜泡（endocytic vesicle）颈部收缩和分裂的dynamin蛋白。Dynamin有两个主要特征：它能以高弯曲度组装膜以及它的GTP活性，换句话说，就是利用GTP分子中储存能量的能力。GTP即鸟苷三磷酸，是一种在细胞代谢中起至关重要作用的化合物。
迄今为止，人们都认为dynamin利用GTP能量，导致膜泡颈部发生极强的收缩，因而导致其分裂。由Vadim Frolov领导的这项新研究，第一次在纳米水平上，以高时间分辨率确定了由dynamin介导的分裂行为的特征。“我们设法确定了dynamin最小功能单位的特征，”研究人员说。
这一研究使得人们有可能将dynamin介导的膜分裂过程分为两个阶段：第一，是纯粹的机械性阶段，囊泡颈部收缩就发生于这一阶段；第二阶段，“dynamin像催化中心一样发挥功能，将它的一些结构域插入到细胞膜中。GTP水解作用提高了dynamin分子的内部柔性，因此使得蛋白能以最适宜的形状存在于细胞膜上，确保细胞膜分裂。这一最佳条件构成了'几何催化’的本质，几何催化是在细胞膜重建时检测蛋白质活性的一种新方法，”Frolov说。
根据Frolov所说，这一研究标志着“细胞膜纳米力学研究组开启了新的研究方向。事实上，这项计划已持续开展了两年，其促使规范和开发出了能以高时空精度确定dynamin作用特征的一种新方法。它将荧光显微镜测量与电生理测量相结合，现在我们能够在某一位置上测量沿着脂质纳米管内径通过的离子，同时通过荧光显微镜对其进行观察。这一结果可以被转化成一种技术，使得研究人员能够在非常小的尺度上确定极快过程的特征。”
“借助这项技术，我们将可以对dynamin小突变导致各种人类疾病，例如神经肌肉疾病的原因开展研究，”Frolov说。
（生物通：何嫱）
生物通推荐原文摘要：
Geometric Catalysis of Membrane Fission Driven by Flexible Dynamin Rings
Biological membrane fission requires protein-driven stress. The guanosine triphosphatase (GTPase) dynamin builds up membrane stress by polymerizing into a helical collar that constricts the neck of budding vesicles. How this curvature stress mediates nonleaky membrane remodeling is actively debated. Using lipid nanotubes as substrates to directly measure geometric intermediates of the fission pathway, we found that GTP hydrolysis limits dynamin polymerization into short, metastable collars that are optimal for fission. Collars as short as two rungs translated radial constriction to reversible hemifission via membrane wedging of the pleckstrin homology domains (PHDs) of dynamin. Modeling revealed that tilting of the PHDs to conform with membrane deformations creates the low-energy pathway for hemifission. This local coordination of dynamin and lipids suggests how membranes can be remodeled in cells.