內(nèi)吞體,作為細(xì)胞內(nèi)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵成員,可通過分裂、融合等形態(tài)改變精密地調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的分選,進(jìn)而影響其胞內(nèi)運(yùn)輸途徑,包括進(jìn)入溶酶體進(jìn)行降解,抑或轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜或反式高爾基體進(jìn)行再循環(huán)利用。之前研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可通過與內(nèi)吞體互作,從而調(diào)控內(nèi)吞體的分裂,是否還有其它膜性細(xì)胞器參與調(diào)控該過程目前并不清楚。
2021年6月28日,清華大學(xué)生命學(xué)院賈順姬副研究員(孟安明教授團(tuán)隊(duì))聯(lián)合中科院生物物理所李棟研究員實(shí)驗(yàn)室在Nature Cell Biology上發(fā)表了題為“高爾基體分泌小泡通過促進(jìn)磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)換介導(dǎo)內(nèi)吞體分裂(A Golgi-derived vesicle potentiates PtdIns4P to PtdIns3P conversion for endosome fission)”的研究論文。該論文報(bào)道了高爾基體,通過出芽小泡的方式調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所介導(dǎo)的內(nèi)吞體分裂,證實(shí)了細(xì)胞內(nèi)不同膜器系統(tǒng)之間的高度協(xié)同互作。
在本研究中,研究者通過高分辨率成像結(jié)合電鏡觀察,鑒定了一種來源于高爾基體并高表達(dá)SEC14L2的小泡,名為SEC14L2囊泡。利用化學(xué)抑制劑BFA處理細(xì)胞、阻斷高爾基體小泡形成時(shí),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所介導(dǎo)的內(nèi)吞體分裂過程嚴(yán)重受阻,內(nèi)吞體呈現(xiàn)變大、拉管等形態(tài)異常,暗示高爾基體在內(nèi)吞體分裂過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控功能。為實(shí)時(shí)觀察SEC14L2囊泡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)吞體三者之間的動(dòng)態(tài)互作及形態(tài)變化,研究者利用高分辨快速成像系統(tǒng)GI-SIM發(fā)現(xiàn),SEC14L2囊泡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)吞體均存在頻繁的動(dòng)態(tài)互作,并且被特異地招募至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所介導(dǎo)的內(nèi)吞體分裂位點(diǎn)處。與此同時(shí),在內(nèi)吞體分裂前,SEC14L2囊泡促進(jìn)內(nèi)吞體中PtdIns3P的大量積累和PtdIns4P的去除。只有當(dāng)內(nèi)吞體完成了PtdIns4P向PtdIns3P的轉(zhuǎn)換之后,內(nèi)吞體才能實(shí)現(xiàn)正常的分裂過程。在機(jī)制上,研究者發(fā)現(xiàn),該高爾基體來源囊泡上的SEC14L2蛋白發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過體外重構(gòu)的方法,研究者證實(shí)SEC14L2蛋白,一方面可以直接結(jié)合PtdIns3P和PtdIns4P,介導(dǎo)它們在不同的脂質(zhì)體之間轉(zhuǎn)運(yùn);另一方面, 可以與PI3K結(jié)合,促進(jìn)其激酶活力,用于PtdIns3P的合成。當(dāng)敲除細(xì)胞內(nèi)SEC14L2蛋白后,內(nèi)吞體中的PtdIns3P含量顯著下調(diào),而PtdIns4P含量則急劇上升,同時(shí)會(huì)引起內(nèi)吞體分裂過程受阻,內(nèi)吞體體積增大。通過回補(bǔ)實(shí)驗(yàn),研究者發(fā)現(xiàn),在SEC14L2敲除的細(xì)胞中,內(nèi)吞體的分裂異??梢院芎玫谋灰吧蚐EC14L2所挽救,而不能被PtdIns3P結(jié)合缺陷型的SEC14L2(SEC14L2-M5)所拯救,證明SEC14L2的磷脂酰肌醇結(jié)合能力對(duì)于SEC14L2囊泡調(diào)控內(nèi)吞體的分裂是必須的。值得一提的是,在本文投稿過程中,Science雜志也發(fā)表了一篇高爾基體來源小泡調(diào)控線粒體分裂的文章,充分證明高爾基體來源小泡對(duì)于細(xì)胞內(nèi)膜器系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的重要性,而關(guān)于兩種小泡是否為相同屬性則需進(jìn)一步驗(yàn)證。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院賈順姬副研究員和中科院生物物理所李棟研究員為該論文的通訊作者。清華大學(xué)生命學(xué)院博士后龔波和生物物理所博士后郭玉婷為該論文的共同第一作者。清華大學(xué)生命學(xué)院博士生丁詩卉、蛋白質(zhì)中心脂質(zhì)代謝平臺(tái)劉曉蕙副研究員、清華大學(xué)生命學(xué)院孟安明教授為本文的共同作者。
該研究受到國家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃(基金號(hào):91754112、91754202),中國科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(基金號(hào):2019YFA0801403),國家自然科學(xué)基金委青年科學(xué)基金(基金號(hào):31801130、32000480)和博新計(jì)劃(基金號(hào):BX20190355)等基金資助。
原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41556-021-00704-y
圖1. 與野生型的COS7細(xì)胞(a)相比,SEC14L2敲除的細(xì)胞(b)表現(xiàn)為內(nèi)吞體分裂延遲及體積增大。
圖2. 高爾基體分泌的SEC14L2小泡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)協(xié)同調(diào)控內(nèi)吞體分裂的模式圖。SEC14L2小泡通過與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)吞體之間形成膜相互作用,促進(jìn)內(nèi)吞體上PtdIns4P向PtdIns3P轉(zhuǎn)換,從而促進(jìn)內(nèi)吞體分裂。
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