细胞骨架蛋白调节囊泡转运及其与神经疾病的关系

细胞内囊泡转运依赖于细胞骨架系统,细胞骨架为囊泡转运提供了轨道,而细胞骨架表面的马达蛋白则为其提供了动力。近年来,随着活细胞成像技术以及相关的生化、药理实验方法的不断进步,人们对囊泡转运的分子机制有了更加深入的认识。越来越多的实验结果表明,细胞骨架蛋白对囊泡转运有着重要的调节作用。囊泡转运的紊乱与多种神经疾病相关。囊泡转运分子调控机制的研究,将为多种神经疾病的治疗提供新的思路。     

细胞内胆固醇运输

作为生物膜的重要成分,细胞内不同膜上胆固醇含量的高低直接影响生物膜的生物物理特性和细胞信号的传递,与细胞正常的生理功能密切相关。外源内吞的胆固醇和内源合成的胆固醇通过囊泡介导和非囊泡介导的胆固醇运输途径在不同细胞膜之间转运,从而维持了不同细胞器上胆固醇的浓度梯度。一系列胆固醇结合和转运蛋白在细胞内胆固醇的运输中发挥了重要作用。本文旨在总结细胞内胆固醇运输途径与参与胆固醇运输的重要分子及相关作用机制。     

Rab 蛋白调控胞内囊泡运输

细胞内各个细胞器之间通过囊泡的膜转运是真核细胞存在的基本。Rab蛋白确保了转运蛋白被运输至正确的目的地。Rab蛋白是小GTP酶中的一大家族,它通过募集其效应物蛋白,其中包括接头蛋白,栓系因子,激酶,磷酸酶以及动力蛋白等,调控了细胞膜的选取,囊泡出芽,去包被,转运以及膜融合等过程。本文主要从Rab蛋白循环着手,依次论述了Rab蛋白在囊泡出芽,去包被,转运和膜融合等过程中起到的作用,从而使读者对Rab蛋白能有一个更加系统的了解。     

COPⅠ囊泡形成与结构研究进展

真核细胞内物质的转运主要通过运输囊泡的出芽、融合所介导。外被体蛋白Ⅰ(coat proteinⅠ,COPⅠ)是一种由α、β、β'、γ、δ、ε、ζ亚基组成的异七聚体蛋白质复合物(即coatomer)。细胞内具有小GTP酶活性的ADP-核糖化因子1(ADP-ribosylation factor 1, Arf1)调节COPⅠ囊泡(COPⅠ-coated vesicle)的形成。在鸟苷酸交换因子的作用下,活化的Arf1-GTP结合至高尔基复合体(Golgiapparatus,Golgi)膜上,将胞质中的COPⅠ募集到膜上。COPⅠ在膜表面结合、分选货物、聚合装配,使膜弯曲产生包被的出芽,出芽逐渐增长最终与膜分离形成囊泡。COPⅠ囊泡进一步脱壳、与靶膜融合,进而完成对细胞内物质的转运。COPⅠ囊泡可携带蛋白质和脂质等货物分子从Golgi逆向转运至内质网(endoplasmic reticulum, ER),并介导Golgi膜囊间物质的逆向和正向运输过程,维持Golgi结构的极性与膜囊的成熟。     

囊泡转运复合物Retromer和SNX蛋白家族在发育和疾病中的作用

逆向囊泡转运复合物Retromer主要负责介导货物蛋白从内体向反式高尔基体或细胞表面逆向转运,是细胞内囊泡转运分选系统的重要成员.Retromer复合物主要含有两个亚复合体:货物选择复合体VPS26-VPS29-VPS35和膜结合复合体SNX-BAR.本文着重综述了Retromer复合物和SNX蛋白家族参与囊泡转运过程的分子机制以及它们在发育中对Wnt信号的调控作用;并讨论了Retromer复合物在细胞极性形成、细胞凋亡、神经元信号传递中的重要作用;以及该复合物与帕金森和阿尔茨海默病等退行性疾病之间的关系.     

转运蛋白颗粒复合体在囊泡拴系中的作用与相关疾病(英文)

在真核细胞中,囊泡介导的蛋白质转运是一个高度可控的多步骤过程。在囊泡与靶细胞器膜成分融合之前,许多因子参与了它们之间的特异性识别和拴系。其中大部分由多亚基复合体或卷曲螺旋蛋白构成的拴系因子,在小G蛋白的协助下,介导了囊泡与靶细胞器膜成分之间最初的结合。转运蛋白颗粒(transport protein particle,TRAPP)复合体就是一种广泛参与囊泡在细胞内转运的多亚基拴系因子。本文将就TRAPP复合体结构与功能的最新研究进展及与TRAPP复合体基因突变相关疾病做一简单综述和总结。     

Rab蛋白在葡萄糖转运中的作用

在脂肪和骨骼肌细胞中,胰岛素可迅速刺激葡萄糖转运,即通常所说的GLUT4转运。 GLUT4转运是指Rabs与GTP结合时,促进囊泡与微管和微丝蛋白结合,并通过锚定和融合作用使GLUT4囊泡与目标膜结构融合。多数 Rab 家族成员广泛表达于各种组织细胞中,且在细胞内定位十分广泛,几乎存在于真核细胞所有的膜相关的细胞器的胞浆侧。 Rab 蛋白作为囊泡运输的分子开关,通过调节运输小泡的停泊和融合,在囊泡的形成、转运、粘附、锚定、融合等过程中起着重要的作用。 Rab蛋白受到多种上游调节蛋白的调节,同时调控着下游的多种效应蛋白,构成了复杂的调控网络：任何一个环节改变都可能会导致蛋白质转运的异常,进而引发疾病。本文系统阐述了Rab蛋白在葡萄糖转运过程中的作用及该领域的最新进展。     

以消散场成像和单微粒跟踪技术揭示GLUT4囊泡和分泌囊泡的不同动态过程

葡萄糖转运子蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)在维持体内葡萄糖动态平衡的过程中起着至关重要的作用。GLUT4贮存囊泡(GLUT4 storage vesicle,GSV)和神经内分泌细胞中的分泌囊泡含有许多相同的蛋白。研究证明这些蛋白调节了分泌囊泡的胞内转运过程,但是GLUT4囊泡和分泌囊泡是否具有相同的胞内动态过程还未阐明。文章以3T3-L1纤维原细胞中的GSV和神经内分泌细胞PC12细胞中的分泌囊泡:致密核心大囊泡(large dense core vesicle,LDCV)为研究对象,使用消散场显微成像技术和单微粒跟踪技术直观观察了活体细胞内单个GSV和LDCV的三维运动轨迹。通过以适当方程拟合单个囊泡的均方位移曲线,发现两种囊泡都具有三种运动模式。定量分析显示作自由扩散运动和方向性扩散运动的GSV数量明显多于LDCV。对比GSV和LDCV的三维扩散系数,发现GSV的扩散系数中值为7.2×10-4μm2/s,而LDCV的扩散系数中值仅为1.94×10-4μm2/s。这一结果说明GSV的活动性远大于LDCV,提示GSV的胞内转运过程涉及不同的分子机制。     

Rab蛋白在囊泡转运中的作用及影响

Rab蛋白是真核生物中保守的小GTP酶家族. Rab蛋白在细胞中普遍表达,它的活性在细胞内受到严格的调控:在活性形式Rab-GTP和无活性形式Rab-GDP之间转换,这是由鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEFs)和GTP酶活化蛋白(GAPs)调控的,并在囊泡转运的调控中起分子开关的作用.在囊泡运输中, Rab蛋白与不同的下游效应分子相互作用,参与从供体膜选择货物、出芽形成囊泡、调控囊泡沿细胞骨架运动、囊泡与受体膜锚定融合.当Rab蛋白功能受损导致囊泡转运途径障碍时,则会表现出不同的疾病,包括神经退行性疾病、癌症等.本文将对近年来Rab的蛋白结构和功能、参与囊泡运输的分子机制、Rab蛋白的循环调控以及其异常导致的疾病进行综述.     

PC12活细胞中单个分泌囊泡的动态成像

囊泡的荧光标记和动态显微成像观察是研究蛋白质和膜转运机制的重要手段。采用EGFP hpNPY融合荧光蛋白标记PC12细胞的致密大囊泡 ,用全内反射和宽场荧光显微镜对PC12细胞进行成像研究。结果发现 :普通的宽场荧光成像模糊不清 ,难以观察到单个囊泡 ;而全内反射荧光成像则可清晰地分辨出呈现为离散荧光点的单个囊泡 ;并且进一步利用全内反射荧光成像直接观察到了活的PC12细胞中单个囊泡的转运、锚定及与细胞膜的融合过程 ,证实了囊泡的锚定过程是可逆的。     

磷脂酰肌醇信号在GLUT4囊泡转运中的调控作用

葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)参与胰岛素敏感的脂肪细胞和肌肉细胞中的葡萄糖转运,对机体葡萄糖代谢至关重要。磷脂酰肌醇作为各种蛋白质的定位信号,参与调控细胞生长和新陈代谢,在胰岛素信号转导过程中起着关键作用。在过去的几十年里,关于磷脂酰肌醇信号调控GLUT4囊泡转运方面已有了很大的进展。该文总结了磷脂酰肌醇在GLUT4囊泡转运中的调控作用。     

Exocyst复合体的结构与功能研究进展

囊泡运输是真核细胞内细胞器间物质交流的重要手段,主要包括出芽、转运、拴系及膜融合四个环节.拴系因子调控运输囊泡与靶膜的初始接触,建立两者间的连接,并能够促进SNARE介导的膜融合过程.Exocyst是一个保守的八亚基拴系复合体,主要在胞吐过程中介导囊泡与细胞质膜的拴系过程.本文主要介绍exocyst复合体的结构和组装机...     

胞浆囊泡转运的包被复合体与蛋白分拣

在胞浆囊泡转运体系中囊泡包被复合体对于蛋白的分拣与定向转运有重要意义。目前较明确的囊泡包被复合体有 :笼形蛋白包被复合体 ,COPⅠ ,COPⅡ ,囊泡相关肌球蛋白。这些复合体各有其特定识别序列 ,彼此分工又相互协同 ,维持着转运系统的协调有序。     

胞浆囊泡转运的包被复合体与蛋白分拣

在胞浆囊泡转运体系中囊泡包被复合体对于蛋白的分拣与定向转运有重要意义。目前较明确的囊泡包被复合体有：笼形蛋白被复合体,COPⅠ、COPⅡ,囊泡相关肌球蛋白。这些复合体各有其特定识别序列,彼此分工又相互协同,维持着转运系统的协调有序。     

囊泡运输调节机制的发现——2013年诺贝尔生理学或医学奖简介

细胞内特定蛋白质的靶向定位对于正常功能的发挥具有重要意义,而该过程由囊泡运输介导完成。谢克曼利用遗传学工具首先从酵母中筛选出多个囊泡运输相关基因;罗斯曼则用生物化学方法从哺乳动物细胞中鉴定出多个囊泡出芽和融合的相关分子并初步阐明其作用机制;苏德霍夫则发现钙离子调节突触囊泡释放神经递质的分子机制。这些研究拓展了对细胞内物质精确定位的理解,同时也更新了对部分疾病发生机制的认识。3位科学家由于"细胞内主要运输体系——囊泡运输调节机制的发现"而分享了2013年诺贝尔生理学或医学奖。     

细胞外囊泡研究进展

由细胞释放到细胞外环境中的来源于内体和细胞膜的多样化的膜性囊泡,统称为细胞外囊泡。这些细胞外囊泡作为细胞间转运膜和可溶性蛋白、脂质、RNA的载体,代表一种重要的细胞间通讯方式。虽然很多报道证明,多种细胞释放细胞外囊泡,并且具有一定的生理意义,但是我们目前缺乏对细胞外囊泡分子机制的深入理解,在细胞外囊泡研究的方法学以及人为调控细胞外囊泡的释放等方面也存在局限性,因此使得我们对它们在体内的生理学功能和细胞外囊泡作为疾病靶标的转化医学的研究进程缓慢。在这篇综述中,该文主要从细胞外囊泡的分类、分子细胞生物学研究、生理及病生理功能、细胞外囊泡的研究方法几个方面回顾当前细胞外囊泡领域的研究进展。     

Rab蛋白的结构、功能及进化

Rab蛋白是小分子GTP结合蛋白家族(small GTP-binding proteins)中最大的亚家族,大约由200个氨基酸组成,由保守的G结构域与高度可变的N端和C端组成。Rab蛋白作为细胞内囊泡运输的分子开关,与其上游调控子和下游特定的效应子相互作用,并与GTP的结合和水解过程相偶联,在囊泡运输的不同阶段发挥作用。对不同Rab蛋白调控囊泡运输的研究有利干全面理解细胞内各类囊泡定向运输的分子动力学机制。     

胞吐参与植物生物胁迫应答的研究进展

高等植物细胞内囊泡运输介导了膜结构之间的物质运输和信号转导,其中,胞吐调控了运输囊泡向质膜的转运,参与了植物细胞壁形成、细胞分泌和环境响应等多种生物学过程。胞吐可以通过重构及强化细胞壁阻止病原体定殖、分泌抗微生物因子抵御病原体的入侵以及调控植物激素载体蛋白和受体蛋白的极性运输等参与抗病应答。遗传学证据表明胞吐是调控植物生物胁迫响应的重要机制。该文综述胞吐参与植物生物胁迫应答分子机制的研究进展,以期为本领域研究提供参考。     

Exocyst在囊泡转运和细胞分泌过程中功能与结构的研究进展

Exocyst是由八个亚基蛋白组成的高度保守的复合物,目前被证实在细胞胞吐和囊泡转运,特别是囊泡与质膜的拴系阶段过程中发挥着十分重要的作用。本文综述了Exocyst在细胞中的定位、功能和结构方面的最新研究发现,以及复合物各亚基之间的相互作用和组装机制。当前的结晶学实验和电镜实验结果为Exocyst复合物的组装和解离机制提供了重要线索和证据。Exocyst功能与结构研究发现有助于我们进一步洞悉Exocyst复合物在囊泡转运和分泌过程中作用机制。     

细胞大型内吞囊泡快速标记方法的改进和应用

为了研究细胞内大型内吞囊泡的快速动态变化,本文借鉴了诱导神经元轴突诱导转向的方法,通过脉冲压力从微电极释放诱导因子,在细胞周围形成稳定的浓度梯度,诱导细胞产生胞饮泡,并通过局部染料释放进行快速标记和洗脱。同时利用活细胞成像技术,对胞饮泡标记过程以及标记后胞饮泡动态变化进行实时记录。该方法大大缩短了标记和洗脱的时间,从而实现了对细胞囊泡的快速标记和同步观察记录,可用于胞饮泡、溶酶体等细胞囊泡的动态标记和观察,是研究细胞大型内吞囊泡动态变化的一种实用且高效的手段。