Science Advances：决定细胞曲率的BAR蛋白组装背后的机制

图片:巨膜囊泡上组装的GAS7蛋白显微照片。左边是研究中使用的人工脂质膜(巨泡)的透射显微照片。右边是GAS7蛋白(荧光蛋白GFP融合观察)，它像块一样在人工脂膜上寡聚(只有部分有蛋白质)。

来源:Shiro Suetsugu

细胞膜起着至关重要的作用，它作为封闭单元，将细胞内部空间与细胞外环境分隔开来。具有不同功能单位的蛋白质在促进蛋白质-膜相互作用中起着关键作用。例如，“Bin-Amphiphysin-Rvs”(“BAR”)结构域蛋白参与调节细胞膜曲率。细胞膜的这种物理弯曲有助于细胞进行各种重要的生物学过程，如胞吞作用和细胞运动。尽管BAR蛋白通过组装成高度有序的寡聚体单元来驱动膜曲率，但调节这一现象的潜在机制在很大程度上仍然未知。

现在，日本研究人员的一项研究揭示了驱动膜表面含有bar结构域的蛋白质的寡聚体组装的机制。这项研究发表在《科学进展》杂志上，由奈良科学技术研究所(NAIST)的Shiro Suetsugu、Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor和Nhung Thi Hong Nguyen领导。

谈到这项研究，Suetsugu说:“窄膜管上相对较少的低聚BAR结构域使得分析它们的组装变得困难。因此，我们使用荧光共振能量转移监测来分析含有f - bar的GAS7蛋白的低聚物组装，因为低聚物GAS7的组装比其他的更大。”

为了阐明GAS7在膜表面组装的机制，研究人员采用了一种称为荧光共振能量转移(FRET)的技术。在这种方法中，研究人员用荧光蛋白标签标记GAS7b单元，以监测GAS7组装的大小和时间。荧光发射观察表明，GAS7在脂质膜表面的组装是一个快速的过程，在几秒内开始。该过程通过几种蛋白的存在而增强，包括Wiskott-Aldrich综合征蛋白(WASP)/N-WASP、WISH、Nck、活化的小GTPase Cdc42和膜锚定的吞噬受体。

利用巨大的膜泡，在显微镜下观察了GAS7在膜上的组装。如果蛋白质不发生寡聚，则应均匀地与膜结合，但GAS7明显积聚在膜的一部分，通过这些蛋白质的存在证明了寡聚物的组装(图)。

研究小组进一步研究了WASP在GAS7组装中的作用。WASP在Wiskott-Aldrich综合征患者中发生突变，该综合征与各种免疫疾病相关。在这方面，研究人员发现，在体外以及吞噬作用(细胞膜介导的大颗粒吞噬)过程中，受调节的GAS7组装都被WASP突变所消除。根据研究人员的说法，后者是惊人的，因为GAS7已知与吞噬作用有关。因此，该分析为Wiskott-Aldrich综合征患者巨噬细胞的吞噬功能缺陷提供了解释。

综上所述，WASP、Cdc42和其他通常与BAR结构域超家族蛋白结合的蛋白质促进了GAS7在脂质膜上的组装。此外，膜表面的BAR结构域组装作为其他蛋白质结合的“支架”或平台，进一步促进表面下的蛋白质信号传导。Suetsugu总结了研究结果，总结道:“由于WASP蛋白通常与BAR超家族蛋白结合，因此这里观察到的组装机制可能也适用于其他BAR蛋白。我们相信我们的研究为细胞形状形成和蛋白质凝聚研究提供了突破性的信息。”

文章标题

Small GTPase Cdc42, WASP, and scaffold proteins for higher order assembly of the F-BAR domain protein