囊泡转运中的Rab小G蛋白与马达分子

Rab是小分子GTP结合蛋白Ras超家族中最大的亚家族,在囊泡运输的不同阶段发挥着调节作用.在与GTP结合后,Rab可募集特异的效应蛋白到膜上.近来发现,许多Rab可募集与微管和肌动蛋白相关的马达分子到靶膜,从而调节相应囊泡的转运.Rab所具有的分子开关特性,使其可在空间和时间上对囊泡转运进行调控.     

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.     

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。     

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。     

Rab4：细胞囊泡循环运输过程的重要因子

囊泡运输是真核细胞中物质运输及信息交流的重要形式,Rab蛋白在这个过程中发挥着重要功能.Rab4是Rab蛋白家族的成员之一,参与调控早期内体的分选与内体循环途径.Rab4包括Rab4A、Rab4B和Rab4C 3个亚型.本文主要阐述了Rab4的结构特征、主要的效应蛋白和参与运输的货物蛋白以及影响细胞自噬、葡萄糖摄取、神经调节、心脏功能及肿瘤发生方面的功能.     

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。     

植物Rab蛋白的分类与功能

Rab蛋白构成小G蛋白超家族中最大的1个家族,广泛存在于动物、植物和微生物中.Rab调控细胞内的囊泡形成、转运、锚定及囊泡与质膜的融合等过程,在细胞内吞和分泌途径中发挥分子开关的作用.不同生物中Rab的结构和作用机制非常保守,但Rab的分类和生理学功能存在差异.植物Rab不仅行使类似于动物或微生物同源Rab的细胞学功能,而且在植物生长发育、激素信号调节、生物或非生物胁迫应答等方面表现出功能特异性.本文结合近年的研究进展,对植物Rab的分类、结构、调节机制和功能进行了综述,并对当前植物Rab功能研究的难点和方向进行了
讨论.     

Rab蛋白在膜转运中的角色及相关细胞生物功能

Rab蛋白是多种细胞膜转运的关键调节蛋白,在转运囊泡的形成、转运、停靠以及融合中发挥重要作用。胞内定位不同的Rab蛋白在膜转运过程中具有协调性,形成了复杂的调控网络。在肾上皮细胞中Rab蛋白可参与细胞的极化、基底膜的蛋白质分泌以及初生纤毛的形成;在神经元细胞中Rab蛋白能调控突触囊泡的转运、纤毛的生成和功能发挥以及神经元的迁移活动;此外,Rab蛋白还可参与调控内质网的形态发生、Weibel-Palade小体(Weibel-Palade body,WPB)的生成以及炎症反应的发生。此类调控过程中,任何环节的改变都可能会导致蛋白质转运的异常,进而引发各种疾病。本文对Rab蛋白在膜转运中的调控作用,进而在多种细胞的生物功能的调节中所扮演的角色进行系统地描述。     

囊泡转运蛋白SM蛋白家族的研究进展

真核细胞中含有多种不同功能的转运囊泡。虽然转运途径和携带物质各异,但细胞转运的基本分子机制却呈现出高度相似性和保守性。大多数转运途径都需要一种SNARE（Soluble NSF Attachment Protein Receptor）蛋白质复合体介导转运膜泡与靶膜的融合。同时,另一个蛋白家族,Secl／Muncl8蛋白（SM蛋白）也在囊泡运输中发挥重要作用。但是相比于对SNARE蛋白的认识的一致性,在不同的研究中SM蛋白的功能及其与SNARE复合体的相互作用方式却不尽相同。以下综述近年来有关SM蛋白结构和功能的研究进展,并归纳SM蛋白分子的作用机制、功能以及应用。     

Rab蛋白家族在神经类疾病中的作用

细胞内膜囊泡运输是一个复杂的通路网络,Rab GTPases是膜囊泡运输的主要调节剂,通常被认为是细胞内吞和分泌系统中各种细胞器和囊泡的特异性标记和识别物。与Rab蛋白相关的轴突运输、内体运输发生障碍是造成神经退行性疾病的重要原因之一。本文主要介绍了Rab蛋白在多种神经退行性疾病病理机制中的作用机理与调控机制,同时讨论了线粒体和胶质细胞功能异常与Rab蛋白之间的关联。深入探究Rab蛋白的作用机制对人类神经性疾病的早期诊断和治疗具有潜在的指导意义。     

Rab8的结构和功能的研究进展

Rab蛋白是小分子GTP结合蛋白家族中最大的亚家族。Rab8作为Rab家族中的成员之一,其在“无活性”的GDP结合状态与“活性”的GTP结合形式之间不断循环。不同结合形式的Rab8招募不同的效应因子,调控囊泡的形成、锚定和融合等阶段,此外, Rab8还参与调控自噬和动物繁殖功能。该文综述了Rab8调控囊泡运输、自噬以及动物繁殖功能的研究进展,以期为后续研究Rab8功能提供参考。     

细胞内膜泡运输中拴系因子的功能

膜泡运输是不同细胞器间进行物质传递的基本方式,分为4个重要步骤：囊泡的出芽、转运、拴系和融合。在此过程中,有许多相关因子参与调控,如包被蛋白、Rab蛋白、拴系因子、SM蛋白和SNARE等。拴系因子在运输囊泡和靶位膜发生接触的最初阶段起重要调控作用,多数拴系因子形成大的多亚基复合体发挥功能。目前,关于拴系因子的功能已经有了一定的了解,在此,我们对酵母、哺乳动物以及植物细胞中的已知拴系因子的特点和功能进行了概述。     

认识Munc13*

Munc13是C.elegans Unc-13和Drosophila Dunc-13在哺乳动物中的同系物,有四种亚型,是SNARE蛋白的调节蛋白之一。Munc13蛋白含有两个结构域:C1和C2结构域,DAG/佛波醇结合到C1结构域上,能增强Munc13-1促进囊泡成熟的能力。在神经递质的胞吐过程中,有许许多多的蛋白参与,其中Munc,Synaptotagmin和Rab等蛋白家族是其重要的调节因子。同时,囊泡的转运和分泌也需要这些功能特殊的蛋白质的参与。全面了解Munc13的结构域与功能及其在分泌中的地位和分泌模式,有助于其在临床医学中的应用,如其在胰岛素释放等分泌调节中起着的重要作用。     

认识Munc13

Munc13是C.elegans Unc-13和Drosophila Dunc-13在哺乳动物中的同系物,有四种亚型,是SNARE蛋白的调节蛋白之一。Munc13蛋白含有两个结构域：C1和C2结构域,DAG/佛波醇结合到C1结构域上,能增强Munc13-1促进囊泡成熟的能力。在神经递质的胞吐过程中,有许许多多的蛋白参与,其中Munc,Synaptotagmin和Rab等蛋白家族是其重要的调节因子。同时,囊泡的转运和分泌也需要这些功能特殊的蛋白质的参与。全面了解Munc13的结构域与功能及其在分泌中的地位和分泌模式,有助于其在临床医学中的应用,如其在胰岛素释放等分泌调节中起着的重要作用。     

Rab11的结构特征、效应因子与功能

Rab11是Rab小分子GTP酶家族的成员.在细胞内膜泡再循环途径中,Rab11作为重要调节因子,介导膜泡从内体向质膜的运输.近年来随着对Rab11研究的深入,人们发现该蛋白质在多种细胞生命活动中发挥着关键作用.现对Rab11的结构、效应蛋白及功能等方面进行了综述.     

RabGTPase激活蛋白结构与功能

RabGTPase激活蛋白(RabGAPs)是一类含有TBC (Tre2/Bub2/Cdc16)结构域的蛋白家族,在Rab活性调节中起着失活Rab的作用。 近年的研究表明,RabGAPs蛋白通过与特定Rab相互作用参与细胞内膜泡运输的调节。 人类RabGAPs突变涉及细胞的极性运输、糖尿病和肿瘤发生等过程,植物RabGAPs蛋白介导病毒的细胞内迁移及气孔免疫等行为。 重要的是,RabGAPs作为一个关键的调节节点,整合Rab与其他小G蛋白之间的信号进而确保囊泡正确的分选、运输及锚定到不同的胞内膜泡系统。 本文综述了RabGAPs蛋白的结构特征、生理功能、底物识别及作用机制,并对RabGAPs蛋白未来的研究方向进行了展望。     

植物小G蛋白功能的研究进展

近年来,小G蛋白的调控途径已经成为人们研究细胞信号转导过程的热点问题.小G蛋白家族包括Ras、Rab、Rho、Arf和Ran亚家族,它们起着许多不同的重要细胞生理作用,例如基因表达、细胞骨架重组装、微管的形成以及囊泡和核孔运输机制.这些小G蛋白作为重要的分子开关,具有一个非常保守的功能区域,即I-Ⅳ结构区,它起着关键性作用.从拟南芥(Arabidopsisthaliana)基因组预测分析得出,拟南芥含有93个小G蛋白同源序列,包含Rab、Rho、Arf和Ran亚家族,但没有Ras亚家族.本文主要阐述了迄今在植物中研究小G蛋白各个亚家族功能的最新进展,并对植物、酵母和动物相关的同 源蛋白的生理功能进行比较和推测.     

嗜肺军团菌调控宿主囊泡转运的效应因子及其分子机制

嗜肺军团菌通过其特有的Dot/Icm type-IVB分泌系统向宿主胞内分泌多种效应因子,有效俘获了宿主胞内参与囊泡转运的重要蛋白,从而"绑架"了宿主细胞的囊泡运输过程,达到逃避宿主清除机制并大量增殖的目的。这些效应因子包括Sid M、Lid A、Lep B、Ank X、Lem3、Sid D、Ral F、Vip D等,通过对这些效应因子的鉴定、功能试验和结构生物学研究,逐渐揭示了它们较为完整深入的分子作用机制。本文综述了目前已知的参与调控宿主囊泡转运过程的重要效应因子及其空间结构和分子机制,有助于综合了解这种复杂的病原微生物与宿主相互作用的过程。     

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。     

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。