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。     

内吞体分选转运复合体 (ESCRT) 及其在包膜病毒出芽中的作用

内吞体分选转运复合体(Endosomal sorting complex required for transport,ESCRT)主要识别泛素化修饰的膜蛋白,介导内吞小泡出芽和多泡体(Multivesicular bodies,MVBs)的形成。此外,以类似的拓扑方式,ESCRT也参与胞质分裂、自体吞噬、以及包膜病毒的出芽等过程。已有的研究表明,大量的反转录病毒和RNA病毒含有晚期结构域(Late-domains),该结构域与ESCRT组分相互作用,将ESCRT-Ⅲ和VPS4等募集在病毒组装与出芽区域,并利用ESCRT-Ⅲ使病毒粒子得以释放。最近,有研究发现,一些DNA包膜病毒、如乙肝病毒、疱疹病毒和杆状病毒等的出芽释放也依赖于宿主细胞ESCRT系统,但其机理尚需深入研究。     

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.     

综述与专论：ESCRT复合体在细胞质膜损伤修复中的功能

细胞膜损伤在骨骼肌、血管内皮及胃肠道上皮等组织较为常见，及时有效的细胞膜修复（plasma membrane repair,PMR）能够保证细胞存活，反之，细胞则可能“死亡”。PMR由许多“修补匠”协同完成，它们分工明确且呈现出一定的时序特点。转运必需内体分选复合体（endosomal sorting complex required for transport,ESCRT）是近年来研究发现的在细胞膜损伤修复中发挥关键作用的“修补匠”，其由ESCRT-0、ESCRT-Ⅰ、ESCRT-Ⅱ、ESCRT-Ⅲ、Vps4-Vta1及ALIX组成，主要参与胞外出芽（budding）和多囊泡体（multivesicular body,MVB）形成两种修复途径。本文详细综述了ESCRT系统介导细胞膜损伤修复的可能机制，以期为细胞膜损伤的治疗靶点筛选及促恢复手段创新提供理论依据。     

ESCRT系统： 一个多功能的蛋白转运及膜剪切机器

转运必需内体分选复合物（endosomal sorting complex required for transport, ESCRT）系统是真核细胞中完成内体（endosome）膜内陷以形成多囊泡体（multi-vesicular body, MVB）的分子机器.其主要功能是促进被泛素（ubiquitin）标记的膜蛋白的降解, 还与细胞分裂、病毒出芽、细胞自噬以及真菌pH感知相关. ESCRT系统包括ESCRT-0,-Ⅰ,-Ⅱ,-Ⅲ和Vps4-Vta1共5个蛋白 蛋白复合物.晶体学研究已经解析了大部分复合物的结构. 其促使膜内陷的分子机理一般认为分3步. 首先是ESCRT-Ⅰ和-Ⅱ在内体膜上结合并促使内体膜内陷形成初始芽体. 之后,ESCRT-Ⅲ在芽体颈部聚合并导致芽体的剪切,从而将内腔囊泡（intralumenal vesicles, ILVs）释放到内体腔内,形成MVB. 最后,Vps4/Vta1复合物则以水解ATP提供能量将聚合的ESCRT-Ⅲ解聚以循环使用,完成更多的出芽过程.本文将对ESCRT系统的结构、出芽机理和生物功能几方面做一个综述.     

古菌ESCRT系统研究进展

内体分拣转运复合体（ESCRT,endosomal sorting complex required for transport）曾被认为是真核生物特有的系统,涉及膜重塑、泛素化蛋白质分拣等重要细胞生命过程。近年的研究显示,TACK（包括Thaumarchaeota、Aigarchaeota、Crenarchaeota和Korarchaeota门）古菌超门中存在着一类与分泌膜囊泡、古菌病毒出胞以及细胞分裂过程等膜重塑过程相关的细胞分裂（Cdv,cell division）系统,该系统中的CdvB和CdvC是真核生物ESCRT-III和Vps4的同源蛋白,提示真核生物ESCRT系统可能起源自古菌。然而,由于TACK古菌中缺少真核生物ESCRT系统的其他关键成分,这一假设仍有争议。最近发现的阿斯加德（Asgard）古菌是一类被认为与真核生物最近缘的古菌,其基因组具有较完整的ESCRT相关蛋白的编码基因,提示真核生物的ESCRT很可能起源于阿斯加德古菌。本文首先简要介绍真核生物ESCRT系统的组成及生物学功能,然后分别总结TACK古菌的Cdv系统和阿斯加德古菌的ESCRT系统的研究进展,重点讨论它们的组成及生物学功能,为进一步了解古菌ESCRT系统与真核生物起源的关系提供参考。     

过表达ESCRT系统成员提升细胞应对U18666A诱发胆固醇积聚的能力

U18666A是一种细胞通透性的两亲性氨基类固醇,能够抑制胆固醇的转运与多泡体的生成,导致细胞内胆固醇的积聚,造成细胞凋亡。该研究发现, U18666A处理MLE12细胞后转运必需的内体分选复合体(endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT)系统相关蛋白表达降低。该实验构建了过表达ESCRT-III系统成员Vps24以及Chmp1b的转基因细胞系,发现与转空载体的细胞相比,转基因细胞对抗U18666A引发的胆固醇积聚以及后续生理效应的能力有所增强。以上结果提示U18666A可以干扰ESCRT系统的一部分功能诱发细胞内胆固醇积聚,为人类与胆固醇积聚相关疾病的防治提供了新的思路。     

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。     

酵母细胞中碱性应答蛋白Rim101与ESCRT复合物的相互调控作用

本研究采用同源重组、倍比稀释及荧光定位等方法研究了ESCRT基因对Rim101蛋白定位的影响及Rim101其对钙稳态相关基因VNX1和SPF1的调控作用。结果显示,7个ESCRT基因(SNF7, SNF8, VPS20,STP22, VPS25, VPS28和VPS36)的缺失导致GFP-Rim101不能进入细胞核,VNX1基因的缺失不影响7个ESCRT缺失株对钙离子的敏感性,而SPF1基因的缺失导致7个ESCRT缺失株对钙离子更加敏感。研究表明ESCRT基因不仅调控Rim101的功能也影响其定位,VNX1和SPF1基因是Rim101组成型活性蛋白Rim101-531抑制ESCRT缺失株对钙离子敏感性所必需的,这些研究结果为进一步研究ESCRT的功能提供了基础。     

SMC蛋白复合体的结构、功能和作用机制

染色体结构维持(SMC)蛋白是一类染色体ATP酶.以这类蛋白质为核心可形成三种多蛋白复合体:凝聚蛋白(condensin)、黏结蛋白(cohesin)和SMC5-SMC6复合体.这些复合体直接参与了染色质结构的组织、细胞分裂过程中遗传物质的准确分离和忠实遗传等重要功能活动,自发现至今,对该类复合体的结构、功能及作用机制等方面已有较多研究并取得一些重要进展.     

杆状病毒-昆虫细胞表达系统在复合体重组表达应用中的研究进展

真核细胞大部分生命活动是通过复合体催化的。因此,系统了解这些复合体的生物学功能,将在健康和疾病方面具有重要意义。由于内源性复合体存在低丰度和异质性特点,因而直接提取复合体存在一定的困难。杆状病毒-昆虫细胞表达系统可成功表达复合体,为研究复合体的结构和功能提供新的手段。综述近年来利用杆状病毒-昆虫细胞表达系统进行蛋白质复合体结构和功能研究的进展。     

线粒体拟核结构及相关疾病研究进展

线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)与一系列蛋白质相互作用形成核蛋白复合体,并包装折叠成类似原核生物拟核的结构,称为线粒体拟核(mitochondrial nucleoid)。参与线粒体拟核组成的相关蛋白包括线粒体转录因子、线粒体单链DNA结合蛋白以及多种参与线粒体中代谢途径的多功能蛋白。线粒体拟核结构的阐明对于进一步研究线粒体形态与功能以及mtDNA的遗传模式、基因表达调控具有重要意义。本文综述了线粒体拟核结构的最新研究进展,着重介绍组成拟核结构的重要蛋白,以及这些蛋白如何将mtDNA与柠檬酸循环等线粒体重要代谢途径相联系。同时,拟核相关蛋白(nucleoid-associated protein)的异常涉及多种人类疾病,这为研究线粒体相关疾病提供了新的思路。     

带电多囊体蛋白5的研究进展

带电多囊体蛋白5(charged multivesicular body protein 5,CHMP5)是一种高度保守的蛋白,其在酵母中的同源物是液泡蛋白分选相关蛋白60(vacuolar protein sorting-associated protein 60,Vps60)。作为内体分选转运复合体(endosomal sorting complex required for transport,ESCRT) III的重要一员,CHMP5参与细胞内蛋白降解、信号转导、病毒出芽等多种重要过程。CHMP5是一种抗凋亡基因,在急性髓系白血病等肿瘤、骨骼畸形的形成中发挥重要作用。此外,近年来的研究显示,CHMP5在T细胞分化、细胞分裂等过程中均有作用。     

运动调控线粒体呼吸链超级复合体的研究进展

线粒体呼吸链超级复合体(mitochondrial respiratory chain supercomplex, mitoSC)是线粒体内膜呼吸链上的自由复合体通过其亚基之间的相互作用形成的复合体超级组装,主要为mitoSCⅠ_1+Ⅲ_2+Ⅳ_(1-4)、mitoSCⅠ_1+Ⅲ_2、mitoSCⅢ_2+Ⅳ_(1-2)、高分子量mitoSC (high molecular weight mitoSC, HMW mitoSC)和巨型超级复合体(mitochondrial metacomplex, mitoMC)。mitoSC已被证明具有提高呼吸链电子传递效率、减少活性氧产生的功能。在衰老的不同组织和诸多线粒体相关疾病组织中,mitoSC的种类和含量发生变化。本文通过归纳人类和哺乳动物不同组织中mitoSC的结构和功能,总结衰老、心脏疾病、2型糖尿病、癌症和基因缺陷疾病等条件下mitoSC的变化规律,重点探讨运动对mitoSC的影响及其相关调节机制,为线粒体相关疾病的运动干预提供参考。     

联会复合体——原发无精症发病中的重要角色

联会复合体(synaptonemal complex,SC)是一种减数分裂特异性超分子蛋白质结构,与减数分裂I(改罗文)中同源染色体的凝缩、配对、重组和分离密切相关。近年来,联会复合体的研究取得了一系列重要的进展,包括在其组成成分和功能上的一些新发现。在小鼠不育模型中联会复合体及其编码基因的异常可引起精子发生障碍。更重要的是,联会复合体编码基因之一SCP3单个碱基缺失导致的无精症已在人类原发不育患者中得到证实。对联会复合体基因SCP1的进一步研究也正在进行之中。      

新型细胞骨架分隔丝的结构和功能研究进展

细胞骨架是细胞内的蛋白纤维网状结构,包括人们熟知的微管、微丝和中间纤维.目前研究表明分隔丝(septin filaments)是一类在真核生物中广泛分布的蛋白纤维,逐渐被认为是一种新型细胞骨架结构.分隔丝由可结合GTP的分隔丝蛋白单体(Septin)聚合形成异源复合体,进一步组装成纤维丝.分隔丝可形成纤维束,环状或笼状等结构,并与细胞膜或其他细胞骨架成分发生相互作用.在细胞内,分隔丝参与胞质分裂、细胞迁移、神经元发育和免疫等重要生理及病理过程.分隔丝结构或功能的异常与多种人类疾病如肿瘤等密切相关.本文将从分隔丝的结构、组装调控、功能及与人类疾病的关系等方面综述近年的研究进展.     

大鼠主要组织相容性复合体RT1研究进展

主要组织相容性复合体在免疫应答中起着重要作用,其多态性研究及应答机制一直是基础免疫学的热点。大鼠基因组草图已经绘制完成,对于主要组织相容性复合体RT1分子水平的遗传学,基因组学,进化及功能方面的研究日渐深入。本文主要介绍了实验大鼠MHC复合体基因的遗传结构,并绘制了其物理结构图谱。重点阐述大鼠的RT1复合体基因的多态性研究,以及RT1复合体对大鼠的移植模型和复杂疾病模型的意义。     

胞泌复合体在植物中的功能研究进展

囊泡运输是真核生物的一种重要的细胞学活动, 广泛参与多种生物学过程。该过程主要包括囊泡形成、转运、拴系及与目的膜融合4个环节。目前已知9种多蛋白亚基拴系复合体参与不同途径的胞内转运过程, 其中, 胞泌复合体(exocyst complex)介导了运输囊泡与质膜的拴系过程。对胞泌复合体调控机制的认识主要源于酵母(Saccharomyces cerevisiae)和动物细胞的研究。近年来, 植物胞泌复合体的研究也取得了较大进展, 初步结果显示复合体在功能方面具有一些植物特异的调控特点, 广泛参与植物生长发育和逆境响应。该文主要综述胞泌复合体在植物中的研究进展, 旨在为植物胞泌复合体功能研究提供参考。     

胞泌复合体在植物中的功能研究进展

囊泡运输是真核生物的一种重要的细胞学活动, 广泛参与多种生物学过程。该过程主要包括囊泡形成、转运、拴系及与目的膜融合4个环节。目前已知9种多蛋白亚基拴系复合体参与不同途径的胞内转运过程, 其中, 胞泌复合体(exocyst complex)介导了运输囊泡与质膜的拴系过程。对胞泌复合体调控机制的认识主要源于酵母(Saccharomyces cerevisiae)和动物细胞的研究。近年来, 植物胞泌复合体的研究也取得了较大进展, 初步结果显示复合体在功能方面具有一些植物特异的调控特点, 广泛参与植物生长发育和逆境响应。该文主要综述胞泌复合体在植物中的研究进展, 旨在为植物胞泌复合体功能研究提供参考。     

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。