多囊体生物发生和蛋白质分拣——ESCRT、Vps4、Ubiquitination一个都不能少

多囊体(multivesicular body,MVB)是由晚期内吞体的限制膜内陷出芽而形成的动态的亚细胞结构,是真核细胞重要的膜和蛋白质运输与分拣中心,并与信号转导、胞质分裂、基因沉默、自噬、蛋白质的质量控制、病毒出芽等密切相关.多囊体生物发生涉及20多种囊泡分拣蛋白(Vps),最重要的是在内吞体膜上形成的4种内吞体运输分拣复合物(ESCRT 0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和Vps4.ESCRT 0与包涵素在内吞体膜上形成微域并富集泛素化的货物蛋白.ESCRTⅠ和Ⅱ诱导MVB囊泡出芽、促进囊泡形成并分拣货物蛋白到囊泡中.ESCRTⅢ收缩及剪切芽颈,完成最后的膜脱落过程.Vps4解离ESCRT以循环利用.泛素化及泛素化蛋白也能修饰或调控ESCRT的定位及功能.这些研究表明,泛素化蛋白、ESCRT和Vps4在内吞体膜上的相继协同作用是驱动紧密偶联的多囊体生物发生及蛋白质分拣的主要力量.本文以蛋白质-蛋白质相互作用为主,综述了ESCRT复合物及Vps4多聚体的组装机制、相互作用、生理功能以及泛素化蛋白和泛素化对ESCRT的调控,并对下一步研究进行了展望.     

植物ESCRT复合体的功能研究进展

真核细胞中,功能高度保守的内体蛋白分选转运装置ESCRT在胞吞途径和蛋白分泌途径中均扮演重要角色。植物细胞中,该装置包含ESCRT-Ⅰ、ESCRT-Ⅱ、ESCRT-Ⅲ和VPS4/SKD1复合体4个亚基,但缺乏ESCRT-0亚基。ESCRT的每个亚基均由多个蛋白构成。目前,针对ESCRT的研究已经证实,其在泛素化的膜蛋白进入多囊泡体/液泡前体(MVB/PVC)内腔过程中发挥重要调控作用;同时在自噬途径以及应对环境胁迫等方面也具有重要的调节功能。该文首先介绍了植物中ESCRT复合体的组成及生物学功能,然后总结了植物中特有ESCRT复合体组分蛋白的最新研究进展,最后探讨了有关ESCRT复合体研究中尚未解决的重要科学问题。     

植物细胞内膜运输对植物发育的调控机制

植物细胞内膜体系与别的真核生物体系相似,由一系列连续的内膜结构组成,包括核膜、内质网、高尔基体、反式高尔基体、液泡、转运囊泡和细胞膜。其中,反式高尔基体和液泡具有植物细胞特有的结构特征和对应功能。从几个方面综述植物细胞内膜运输对植物发育的调控作用,包括内膜运输与生长素极性运输和稳态平衡之间的关系,内膜运输对根毛极性生长的作用机理,以及液泡运输在花粉管极性生长和种子萌发过程中的重要作用。旨在对致力于植物细胞内膜运输与发育调控的研究人员提供参考。     

病毒劫持ESCRT系统促进自身复制的研究进展

内吞体分选转运复合体（endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）系统驱动细胞的不同生命进程，包括内体分选、细胞器生物发生、囊泡运输、维持质膜完整性、细胞质分裂期间的膜裂变、有丝分裂后的核膜重组、自噬过程中吞噬孔的封闭以及包膜病毒出芽等。越来越多的证据表明，ESCRT系统能够被不同家族病毒劫持用于自身增殖。在病毒生命周期的不同阶段，病毒可以通过各种方式干扰或利用ESCRT系统介导的生理过程，最大限度地提高感染宿主的机会。此外，许多逆转录病毒和RNA病毒蛋白具有“晚期结构域”基序，可招募宿主ESCRT亚基蛋白帮助病毒内吞、运输、复制、出芽以及外排。因此，病毒“晚期结构域”基序和ESCRT亚基蛋白可能是病毒感染治疗中具有广泛应用前景的药物靶点。本文重点综述了ESCRT系统的组成及功能，ESCRT亚基和病毒“晚期结构域”基序对病毒复制的影响以及ESCRT介导的抗病毒作用，以期为抗病毒药物的开发和利用提供参考。     

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。     

液泡膜苹果酸转运蛋白研究进展

液泡是植物细胞贮藏苹果酸重要的细胞器.苹果酸是三羧酸酸循环和乙醛酸循环的中介,是维持细胞渗透压与电荷平衡的关键代谢物,还参与调节植物气孔大小,故苹果酸在植物的生命活动中起着重要作用.液泡膜苹果酸转运蛋白直接或间接控制苹果酸进出液泡,介导液泡与细胞质问苹果酸的运输.液泡膜苹果酸转运蛋白属于钠连接的羧酸盐载体家族,本文重点介绍植物液泡膜苹果酸转运蛋白的性质和功能及其与植物细胞pH值动态平衡之间关系的研究进展.     

种子贮藏蛋白的运输、积累和基因表达调控

种子中贮藏蛋白的运输和积累途径主要有：(1)蛋白质合成后经内膜系统转移到蛋白质贮藏液泡(PSV)中积累;(2)合成的蛋白质直接在粗糙内质网的膜囊中积累形成蛋白质体;(3)贮藏蛋白不经高尔基体的加工由粗糙内质网上合成后直接运输到PSV中积累。贮藏蛋白基因的表达受该基因的顺式作用元件和反式作用因子的共同调控,此外染色体的结构也影响贮藏蛋白基因的表达。     

液泡膜转运蛋白在植物细胞代谢中的作用

液泡是植物细胞的一个多功能细胞器,其主要通过膜运输系统执行功能。液泡膜转运蛋白可以控制细胞内物质的储存和运输,参与细胞内的应答胁迫反应,隔离毒性离子,防止细胞质受害,调节Ca^2＋浓度和pH,维持细胞内环境的稳定。本文主要对液泡膜转运蛋白在营养储存、逆境胁迫、细胞内环境稳态中发挥的作用进行综述,以期为进一步阐释液泡复杂生理功能提供一些借鉴。     

囊泡运输的分子细胞机制

内膜系统构成了细胞及细胞器之间的天然屏障,保证重要的生命活动在相对独立的空间内进行。细胞内膜性细胞器之间的物质(如蛋白质、脂类)的运输主要是通过囊泡完成的。囊泡运输需要货物分子、运输复合体、动力蛋白和微管等的参与以及多种分子的调节,包括出芽、锚定和融合等过程。从上世纪60年代开始,人们认识到细胞分泌的蛋白需要先进入内质网,再到高尔基体,然后分泌到其作用部位。之后,信号肽假说被提出和证明。随后的研究完善了囊泡运输的过程,包括经内质网到高尔基体的蛋白质分泌运输过程中关键的调控基因及其作用环节、蛋白质复合物SNARE(可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感的融合蛋白附着蛋白受体)在囊泡锚定和融合中的作用机制等。在囊泡运输中的具有代表性的神经细胞突触囊泡中,触发突触囊泡融合的钙感受器(synaptotagmin)能快速准确地将钙信号传递到突触囊泡,通过与SNARE复合体等作用,实现与细胞膜融合并释放神经递质,最终完成神经信息的传递。该文从囊泡运输的研究历史回顾、已有研究成果以及未来展望等三个方面对囊泡运输分子细胞机制进行了阐述。     

植物表达分泌蛋白的运输及定位

分泌途径主要由内膜系统构成,内质网和高尔基体对于分泌蛋白的运输及定位具有重要作用。分泌蛋白的运输包括顺行途径和逆行途径。蛋白质通过质流和受体介导的途径运输到小泡中。在植物中,分泌蛋白的运输主要通过小泡和相连的小管来完成。分子伴侣和质量控制不仅能优化新合成蛋白的折叠和组装,而且去除了有折叠缺陷的蛋白。分泌蛋白的定位需要特定的信号肽,而高尔基体固有蛋白以依赖跨膜长度的方式,沿着分泌途径的细胞器分布。本文对植物表达分泌蛋白的分泌途径及定位、相关的分子伴侣和质量控制进行了综述。     

拟南芥愈伤组织细胞类58K蛋白定位及多泡体的分泌途径

通常认为多泡体是原生质体和胞饮作用中的一种特殊的细胞结构, 是由细胞质膜的内陷所起源. 然而多泡体的起源、功能及其分泌途径以及与高尔基体和细胞壁的关系等问题一直存有争论. 本文应用动物细胞的58K蛋白的单克隆抗体、免疫印记、激光共聚焦显微技术在拟南芥和贯叶连翘愈伤组织中成功定位了类58K蛋白. 免疫电子显微镜的观察结果显示, 类58K蛋白存在于拟南芥愈伤组织细胞的高尔基体库槽、分泌泡、多泡体、细胞壁和液泡中. 由此我们认为多泡体与细胞壁和液泡发育的关系十分密切, 它起源于高尔基体并以分泌泡的形式将高尔基体所合成的物质运送至细胞壁和液泡. 所以多泡体的分泌途径可能是运送高尔基体合成的物质到细胞壁, 属于胞吐形式; 也有可能是运送相关物质到液泡中参与液泡的发育, 属于胞饮形式. 这主要取决于多泡体所运送物质的种类以及它将这些物质运往何处. 因此多泡体的分泌途径很可能有多种形式. 研究结果也显示应用动物细胞58K蛋白抗体可以定位植物细胞中的类58K蛋白, 说明植物细胞中存在与动物细胞相类似的蛋白.     

植物生长素极性运输调控机理的研究进展

生长素极性运输特异地调控植物器官发生、发育和向性反应等生理过程。本文综述和分析了生长素极性运输的调控机制。分子遗传和生理学研究证明极性运输这一过程是由生长素输入载体和输出载体活性控制的。小G蛋白ARF附属蛋白GEF和GAP分别调控输出载体(PIN1)和输入载体(AUX1)的定位和活性, 并影响高尔基体等介导的细胞囊泡运输系统, 小G蛋白ROP也参与输出载体PIN2活性的调节。本 文基于作者的研究工作提出小G蛋白在调控生长素极性运输中的可能作用模式。     

内质网-高尔基体中间体功能研究进展

内质网-高尔基体中间体(ERGIC)的发现来自于对病毒蛋白胞内转运的研究.最初认为ERGIC是内质网和高尔基体之间的膜泡运输分选站,主要调控早期分泌途径中的货物分选及双向运输.随着研究的深入,发现ER-GIC在细胞应激条件下发挥其他重要细胞学功能,包括在自噬过程中调控早期自噬体膜的形成,以及在非经典蛋白分泌途径中扮演蛋...     

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。     

拟南芥SNARE因子在膜泡运输中的功能

高等植物细胞含有复杂的内膜系统, 通过其特有的膜泡运输机制来完成细胞内和细胞间的物质交流。膜泡运输主要包括运输囊泡的出芽、定向移动、拴留和膜融合4个过程。这4个过程受到许多因子的调控, 如Coat、SM、Tether、SNARE和Rab蛋白等, 其中SNARE因子在膜融合过程中发挥重要功能。SNARE因子是小分子跨膜蛋白, 分为定位于运输囊泡上的v-SNARE和定位于靶位膜上的t-SNARE, 两类SNARE结合形成SNARE复合体, 促进膜融合的发生。SNARE蛋白在调控植物体生长发育以及对外界环境响应等生理过程中起重要作用。该文对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)SNARE因子的最新细胞内定位和功能分析等研究进展进行了概述。     

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。     

银杏贮粉室发生部位的珠心细胞程序性死亡的形态学观察

银杏(Ginkgo biloba L.)贮粉室的发生涉及位于珠孔端的珠心细胞的程序性死亡(PCD).本研究观察了贮粉室发生过程中发生PCD的珠心细胞的形态学变化.这些珠心细胞在PCD过程中形态变化显著,细胞组分有序地降解,液泡在此起关键作用.在液泡化过程中,细胞质基质和一些细胞器被液泡所吞噬,此时的细胞器结构完整.当液泡膜破裂、细胞质基质消失之后,细胞器才逐步解体.最终,这些珠心细胞仅具有残留的细胞壁.随着胚珠的生长,细胞壁也被破坏.在整个PCD过程中,内膜系统发生明显改变:细胞质膜出泡,产生多泡体;形成多环膜结构;出现由膜包围的小体,其中含有细胞质基质和一些细胞器;液泡膜破裂;细胞器解体;细胞中出现大量的小膜泡.珠孔端的珠心表皮开裂形成贮粉室的开口有两种方式:一种为专一细胞的自溶,而另一种是在两个邻接细胞的中胶层处分离,没有发生细胞的自溶破裂.贮粉室开口位置的特定表皮细胞在开裂发生前就死亡,从而提前标示出表皮开裂的发生位置.这些细胞形态的变化反映出银杏珠心细胞的死亡是受发育调控的PCD过程.     

植物生长素通过ABP1促进细胞膜泡的外排运输

为了研究植物生长素结合蛋白ABP1(auxin binding protein 1)对膜泡运输的调控,将烟草生长素结合蛋白基因ABP1 cDNA分别构建成可诱导型表达的过表达和干扰表达载体,并将绿色荧光蛋白GFP与烟草分泌载体膜蛋白SCAMP2(secretory carrier membrane protein 2)融合进行细胞的膜泡标记,转化植物模式细胞BY-2后分别获得了转ABP1和antiABP1的两类膜泡标记转基因细胞系。以雌二醇诱导ABP1、antiABP1表达后,结合生长素处理,通过扫描激光共聚焦观察了细胞的膜泡运输变化。当诱导ABP1在细胞内过量表达后,以吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)处理细胞,在细胞核膜及周围内质网膜、细胞质膜以及其他细胞内膜系统都观察到强烈的荧光信号,说明细胞内膜泡运输更为活跃;当诱导antiABP1在细胞内干扰表达时,在细胞核附近维持有较强烈的荧光信号,而细胞质膜及两细胞间隔的荧光信号明显减弱,表明抑制ABP1表达显著抑制了细胞膜泡的外排运输。在ABP1经诱导过表达后,加入IAA处理细胞,在0~6 min时间段内间隔性观察了细胞膜泡对生长素的时间响应,在这段时间内细胞核周围及内膜系统的荧光信号明显增强,细胞质膜的荧光强度没有明显的变化,表明细胞核与内膜系统间存在活跃的膜泡运输,内膜系统向细胞质膜间的外排膜泡运输也逐渐加强。因此,可以证明ABP1参与生长素信号响应,增强细胞膜泡的外排运输。     

拟南芥内膜Na+,K+/H+反向转运体研究进展

拟南芥内膜Na,K~+/H~+反向转运体(Endosomal NHX)的亚细胞定位、离子转运特性及生物学功能阐释取得了重要进展。拟南芥内膜Na~+,K~+/H~+反向转运体包含AtNHX5和AtNHX6两个成员,它们的氨基酸序列相似性为78.7%。研究表明,AtNHX5和AtNHX6具有功能冗余,它们都定位在高尔基体(Golgi)、反面高尔基体管网状结构(TGN)、内质网(ER)和液胞前体(PVC),参与调控耐盐胁迫、pH平衡和K~+平衡等。有报道显示内膜NHXs跨膜结构域存在能够调控自身离子活性的酸性保守氨基酸残基,对其自身功能具有决定性作用。最新研究结果表明,拟南芥内膜NHXs影响囊泡运输和蛋白存贮,并参与生长素介导的植物生长和发育。文中主要对拟南芥内膜NHXs的亚细胞定位、离子转运、功能及应用进展进行了概述。     

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...