內吞體,作為細胞內囊泡轉運的關鍵成員,可通過分裂、融合等形態(tài)改變精密地調控轉運物質的分選,進而影響其胞內運輸途徑,包括進入溶酶體進行降解,抑或轉運至細胞膜或反式高爾基體進行再循環(huán)利用。之前研究發(fā)現,內質網可通過與內吞體互作,從而調控內吞體的分裂,是否還有其它膜性細胞器參與調控該過程目前并不清楚。
2021年6月28日,清華大學生命學院賈順姬副研究員(孟安明教授團隊)聯(lián)合中科院生物物理所李棟研究員實驗室在Nature Cell Biology上發(fā)表了題為“高爾基體分泌小泡通過促進磷脂酰肌醇轉換介導內吞體分裂(A Golgi-derived vesicle potentiates PtdIns4P to PtdIns3P conversion for endosome fission)”的研究論文。該論文報道了高爾基體,通過出芽小泡的方式調控內質網所介導的內吞體分裂,證實了細胞內不同膜器系統(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合電鏡觀察,鑒定了一種來源于高爾基體并高表達SEC14L2的小泡,名為SEC14L2囊泡。利用化學抑制劑BFA處理細胞、阻斷高爾基體小泡形成時,內質網所介導的內吞體分裂過程嚴重受阻,內吞體呈現變大、拉管等形態(tài)異常,暗示高爾基體在內吞體分裂過程中發(fā)揮關鍵調控功能。為實時觀察SEC14L2囊泡、內質網和內吞體三者之間的動態(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,SEC14L2囊泡與內質網和內吞體均存在頻繁的動態(tài)互作,并且被特異地招募至內質網所介導的內吞體分裂位點處。與此同時,在內吞體分裂前,SEC14L2囊泡促進內吞體中PtdIns3P的大量積累和PtdIns4P的去除。只有當內吞體完成了PtdIns4P向PtdIns3P的轉換之后,內吞體才能實現正常的分裂過程。在機制上,研究者發(fā)現,該高爾基體來源囊泡上的SEC14L2蛋白發(fā)揮了關鍵作用。通過體外重構的方法,研究者證實SEC14L2蛋白,一方面可以直接結合PtdIns3P和PtdIns4P,介導它們在不同的脂質體之間轉運;另一方面, 可以與PI3K結合,促進其激酶活力,用于PtdIns3P的合成。當敲除細胞內SEC14L2蛋白后,內吞體中的PtdIns3P含量顯著下調,而PtdIns4P含量則急劇上升,同時會引起內吞體分裂過程受阻,內吞體體積增大。通過回補實驗,研究者發(fā)現,在SEC14L2敲除的細胞中,內吞體的分裂異??梢院芎玫谋灰吧蚐EC14L2所挽救,而不能被PtdIns3P結合缺陷型的SEC14L2(SEC14L2-M5)所拯救,證明SEC14L2的磷脂酰肌醇結合能力對于SEC14L2囊泡調控內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控線粒體分裂的文章,充分證明高爾基體來源小泡對于細胞內膜器系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的重要性,而關于兩種小泡是否為相同屬性則需進一步驗證。
清華大學生命科學學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。清華大學生命學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。清華大學生命學院博士生丁詩卉、蛋白質中心脂質代謝平臺劉曉蕙副研究員、清華大學生命學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基金委重大研究計劃(基金號:91754112、91754202),中國科技部重點研發(fā)計劃(基金號:2019YFA0801403),國家自然科學基金委青年科學基金(基金號:31801130、32000480)和博新計劃(基金號: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細胞(a)相比,SEC14L2敲除的細胞(b)表現為內吞體分裂延遲及體積增大。
圖2. 高爾基體分泌的SEC14L2小泡與內質網協(xié)同調控內吞體分裂的模式圖。SEC14L2小泡通過與內質網和內吞體之間形成膜相互作用,促進內吞體上PtdIns4P向PtdIns3P轉換,從而促進內吞體分裂。
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