膜融合机制研究进展

膜的融合是一个基本的生命过程,在生物的生长发育中有着重要作用。通过融合,两套独立的双层脂分子合二为一,完成一定的生物功能。膜融合分子机制的关键在于其主要成分：融合蛋白。Ⅰ、Ⅱ类病毒融合蛋白形成“发夹”,胞内囊泡与目标膜各提供的融合蛋白形成“类亮氨酸拉链”,这些结构将独立的膜拉近,继而促使膜合为一体。细胞与细胞间融合蛋白的作用机制目前还未明确,在各种膜融合中,脂双层的变化可能是类似的,但介导融合的分子机制应该是不同的。目前,对于膜融合很多方面的理解还停留在假说阶段。理解了膜融合的过程和分子机制不仅将极大地促进生物学的发展,更重要是将为相关的疾病治疗打下坚实的基础。     

膜融合与脂的多形性

膜融合是生物细胞在完成其功能非常重要的生理现象,它受多种因素如ｐＨ,Ｃａ＾２＾＋,磷脂组成及多肽等的影响,有关膜融合分子机理的研究日益受到生物膜研究工作者的重视,本文较详细地介绍脂多型性,影响脂多型性的因素以及在膜融合中作用的分子机理。     

融合蛋白与病毒入膜机制研究进展

包膜病毒感染细胞的第一步即病毒与靶细胞膜的融合,它由病毒包膜上的融合蛋白诱发,融合蛋白与受体分子相互作用后暴露出融合肽,它伸向靶膜使两膜紧密接近后,多肽周围的脂质分子进一步重排,通过中间态最后发生融合,本文将介绍近年来病毒融合蛋白及入膜机制研究进展。     

疱疹病毒膜融合的分子机制

囊膜病毒与宿主细胞的膜融合是病毒入侵宿主细胞的重要过程,这一过程涉及到病毒囊膜表面糖蛋白与宿主细胞表面受体之间的相互作用和构象变化．疱疹病毒有多个糖蛋白及不同类型的细胞作用受体,相应的受体-糖蛋白复合体构成方式也有多种,其引致的膜融合机制被认为是目前病毒融合机制研究中最复杂的,近年来被广泛研究并取得突破性进展．从病毒糖蛋白与相应受体的结构与功能、受体-糖蛋白复合体的形成与入侵途径,以及膜融合模式几个方面,全面综述疱疹病毒膜融合的分子机制,并展望了未来研究趋势．     

囊膜病毒膜融合的分子机制

囊膜病毒可能采用相似的病毒-宿主细胞膜融合机制,即病毒表面糖蛋白结合到宿主细胞受体后,启动了病毒融合蛋白的一系列构象变化,根据囊膜蛋白构象变化特征,囊膜病毒可采用两种以上的方式发生膜融合,并据此分为两类：Ⅰ型病毒膜融合和Ⅱ型病毒膜融合.Ⅱ型病毒膜融合以黄病毒为代表,其分子机制与Ⅰ型病毒膜融合不同,但不很清楚.而Ⅰ型病毒膜融合中,如艾滋病毒,流感病毒等,在囊膜蛋白变构形成稳定折叠的发夹三聚体结构时,拉近了两膜之间的距离,此过程释放出来的能量进一步促使两膜融合.膜融合使病毒蛋白及病毒RNA基因组释放到宿主细胞内而感染宿主.以上述研究为基础设计的C肽/N肽小分子抑制子, 可以在病毒糖蛋白中间体构象形成的短时间内,高效、特异地竞争结合其配体,从而阻止糖蛋白的进一步折叠,达到抑制病毒入侵的目的,为病毒疾病的防治提供了新思路和策略.针对艾滋病毒设计的C肽,即T20或Enfuvirtide在临床应用效果很好.以艾滋病毒和流感病毒为例,主要对Ⅰ型病毒膜融合的研究进展进行了讨论.     

分子内二硫键对HERV囊膜蛋白融合核心结构的影响

合胞素(Syncytin)是一类由人俘获的逆转录病毒囊膜蛋白,与胎盘的形态发生中细胞滋养层到合胞滋养层的分化过程十分相关.Syncytin 与人免疫缺陷病毒I型(HIV-1) 囊膜蛋白(Env)在结构上具有相似的特点,二者可能具有相似的膜融合机制.本文通过PCR对融合核心部位七肽重复区HR1和HR2之间linker中自然存在的一对保守的分子内二硫键进行定点突变,表达纯化该突变蛋白,并进行了相应的结构及稳定性探讨,通过与未突变蛋白的性质比较确证该分子内二硫键在蛋白结构的正确形成及稳定性上起着一定的作用.     

生物大分子相分离在疾病中的作用

细胞为了维持正常的生理活动进化出膜系统,使各种各样的活动能在特定的空间、时间上高效有序的发生。膜系统参与物质运输、信号传递、能量代谢等过程已被广泛了解,但与无膜区室组装和功能相关的分子细节尚未研究透彻。生物大分子通过相分离在细胞内形成多种无膜区室,如核仁、中心体、应激颗粒等,这些无膜区室被统称为生物分子凝聚体。作为一种细胞生化反应的聚集分离机制,相分离在自然界中普遍存在,并广泛参与信号转导、基因转录调控等多种重要的生理过程。而异常的相分离与许多人类疾病密切相关,如神经退行性疾病、癌症及传染性疾病等。通过介绍相分离形成的细胞结构及功能、相分离发生的机制,进一步阐述相分离在疾病发生发展中的作用。     

病毒跨膜蛋白的结构功能与抗病毒药物设计

根据病毒衣壳表面有无囊膜结构, 病毒可被分为无包膜病毒和有包膜病毒。包膜病毒的膜蛋白在病毒的吸附、侵入、脱壳、生物大分子合成、病毒粒子的装配与释放等生命周期中起重要作用。某些包膜病毒的膜蛋白对病毒侵入宿主细胞的膜融合是不可或缺的。结构分析显示, Ⅰ型和Ⅱ型病毒融合蛋白采用类似的膜融合方式。此外, 流行性感冒病毒的M2 蛋白、人类免疫缺陷病毒Ⅰ型( HIV-1) 的Vpu 蛋白、重症急性呼吸综合征冠状病毒( SARS-CoV) 3a蛋白等膜蛋白还具有离子通道的功能。针对这些病毒膜融合蛋白设计的抑制分子, 将为研发抗包膜病毒新型药物提供新思路和策略。本文以3 种病毒膜融合蛋白为例, 对其融合机制、跨膜蛋白离子通道功能及其在抗病毒药物设计中的应用作一简要综述。     

病毒融合蛋白的结构和功能

病毒融合蛋白可以分为三种类型,不同类型的病毒融合蛋白的结构差异很大,但是会采用相似的"发卡"构象实现融合.在一定条件下,病毒融合蛋白的疏水结构域,融合环或融合肽插入靶膜中,通过其自身折叠形成发卡使病毒和宿主的膜靠近.与此同时,融合蛋白构象变化会释放出足够的能量将双方膜打破并完成融合.本文中,我们总结了三种类型病毒融合蛋白的特征,并对其中央发卡三聚体结构域、跨膜结构域以及近膜结构域在融合过程中的作用进行了论述.     

单分子生物物理技术在神经递质释放研究中的应用

神经递质的释放在神经信号传导中起着至关重要的作用.神经递质释放严格依赖SNARE蛋白的动态组装和钙离子触发的膜融合过程.最新研究发现,神经递质释放还受到神经退行性疾病中关键的标志蛋白分子的影响.当前研究者以体外膜融合重组体系为基础,发展了多种单分子生物物理技术,为进一步阐明神经递质释放的分子机制和神经退行性疾病的发病机理提供了新的视角和手段.