细胞囊泡的研究进展

1、细胞囊泡的研究进展摘要:阐述了细胞囊泡出芽、运输、融合的分子机制,并就最 新进展进行了综述，以对这个领域有一初步认识。关键字:囊泡;出芽;融合屮图分类号:q25文献标识码:a细胞囊泡分泌，又称为膜运输,它是细胞内的“货物”蛋白的定向运输的分了机制。细胞内每分钟都在制造着大量 的蛋白，每个产生的蛋白都必须到达合适的位置去发挥自己 的功能。翻译后的蛋白如何到达注定的地方呢?布洛贝尔“信 号肽假说”的提出为他赢得了 1999年诺贝尔生理及医学奖。 细胞内除了一些含有信号肽的蛋白需要分泌外，还含有不带 信号肽的蛋白，它们的分泌机制是什么呢?细胞囊泡的研究为 科学家带来了回报。2002年9月23日宣布将

2、2002年拉斯克 基础医学奖（被称为“美国诺贝尔奖”）授予纽约 sloan-kettering研究所的鲁斯曼和加州理工大学斯凯克曼，因 为他们发现了配合膜泡出芽和融合的普遍的分子结构而获 得该奖1。这次二位科学家的获奖说明科学界已经开始意识 到细胞囊泡研究的重要性了。本文简要阐述细胞囊泡分泌的 基本过程及最新进展。1细胞囊泡分泌的基本途径 鲁斯曼和斯凯克曼及他们的同事在过去25年间已经勾勒了 细胞囊泡出芽、运输及融合的大致画面。鲁斯曼用生化方法 研究哺乳动物细胞提取物,先在蛋白水平，后在基因水平来研 究细胞囊泡分泌过程;而斯凯克曼以酵母为材料用筛选突变 体的方法确定了 “分泌”基因，而后再研究

3、这些基因的生化功 能,同样得到了细胞内蛋白运输的草图。基本过程可概插如图1在蛋白运输的整个过程中,出芽和细胞融合是两个中心环节， 由此产生的疑问也最多,进展也最快。下而分别介绍 2细胞囊泡出芽细胞出芽是囊泡运输的第步，在出芽之前，需要有gtp结合 蛋白参-与形成背膜。至今已有3类背膜被鉴定:网格蛋白组成 的背膜，这样的囊泡负责从高尔基体反面到质膜间的蛋白运 输2;背膜蛋白复合物 11 (coatproteincomplex ii ,cop ii)组成 的背膜，介导内质网到高尔基体的顺向运输3,4;背膜蛋白复 合物i (cop i )涉及到内质网到高尔基体的顺向及反向运输 以及高尔基体内部的运输

4、5,6。科学家重点在cop i和copii方面的研究。orci已经证明外 被体和adp核糖化因子(arf)是构成囊泡出芽的最小组成部 分,是构成cop i的元件。schekman用人工脂双层膜进一步 证明了除此之外述需要核昔酸7。goldberg的研究表明在 cop i参与的蛋白分泌过程中，“货物”蛋白的分拣信号被外 被体(coatomer)所识别，从而选择性进入有cop i包被的囊泡。 而分选机制与gtp的水解有关，即受gtpase所调控8。体外 重组实验证明,cop ii是由细胞质中的5种蛋白组成的3种复 合物构成，它们分别是:小分子的gtp酶sarlp,sec23p/24p复合 物和se

5、cl3p/31p,接着schekman用生化和电镜联合的方法揭 示了 sec23p/24p复合物和secl3p/31p的结构，并提出copii 的组合模型9。2002年,goldberg揭示了出芽前复合物的结 构，由一系列蛋白参与了内质网囊泡的形成10。该结果对新 生成蛋白的运输的囊泡过程的理解有重要贡献。这些结构的揭示为最终解释细胞出芽的机制提供了基础, 但还需进- 步去研究它精确的调控机制，如细胞内蛋白分泌 是一个动态过程,而囊泡运输如何和蛋白制造的步伐保持一 致，或者说细胞的合成出现变化后，出芽如何也随着变化。但 无论如何，这些已取得的成就为更深一步研究开拓了方向，也 提出了更多的问题。

6、膜运输的基本过程:在背膜复合体的驱动下,携带特定蛋白 的囊泡从供体细胞器上出芽。然后gtp转化成gdp从而启动 了脱膜。接着裸露的囊泡通过v-snaresandt-snares特异性 结而准备和靶膜粘附。囊泡和靶膜融合从而把“货物”运到 目的地。另外遗传和生化研究显示在snare依赖的融合过程 中。其它蛋白参与了调控。3细胞的融合过程rothman在研究细胞融合的过程中,在哺乳动物细胞提取 物中首先分离了 n-乙酰马来酰亚胺敏感因子(nsf),随后又分 离了可溶性nsf附着蛋白(snap)o这两种蛋白参与了细胞融 合，但它们的作用机理不知。而后rothman提出-种假说11：snap是通过其膜

7、上受体来发挥作用的他将其命名为 snap受体（简写为snare）,并进一步提出在囊泡（vesicle）和靶 膜（targetmembrane）上分别带有snare（分别称为v-snare和 t-snare）,而靶膜通过特异的snare识别来实现细胞融合，从 而也实现了细胞融合的专一性12o同时一系列实验证明细胞融合早期反应过程中需要pll5,snaps,nsf,snares和小分gtp酶13,14,15 o而 ungermann16和petersandmayer17将融合过程分为三个阶段:粘附、锚定、 融合（scheman18将此三过程形象描述为准备、瞄准、开火） 并将这个图画描述的更详尽:首

8、先nsf和snap启动了粘附, 一个小gtp结合蛋白将小泡粘在一起'在此过程中不需要snare16o这种结合比较疏松，因此，粘附过程是一个校对过 程，只有接下来snare可以配对的粘附最终才能导致融合，而 不正确的配对的粘附最终将分开。接下來的snare锚定，启 动了 ca2+从钙库中释放，组成ca2+/钙调素复合物从而为融合 做好准备1刀。后来peters19又证明了磷酸化和脱磷酸化也 对囊泡融合是重要的。在锚定后,v-tsnare复合物可能激活了 一种未知的融合剂（而不是直接其作用）从而促进最终的融合。sutton20用x-射线晶体衍射和hanson21用电子显微镜技术揭示了 sn

9、are这些整合蛋白的细胞质部分的结构域组成棒状snare复合物'是由4个跨膜蛋白sed5,bosl,sec22和betl组成的4螺旋串束状结构，从而把囊泡锚定在靶膜上。而 parlati22等用人工膜研究了 snare的n末端的一段c螺旋 结构调节了膜融合。进一步研究发现每一 snare蛋白的空间 拓朴结构决定了它们是作为v-snare还是作为t-snare的一 部分23。rothman24小组用酵母基因组中所有可能的v-snares和 标记在高尔基体、小泡及质膜上的t-snares来检验它们的配 对对膜融合的影响。数据显示细胞内膜融合的专性很大程 度上是由snare蛋白天然的物理化学特性