Science揭示细胞膜分裂新机制

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。