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。     

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。     

2013年诺贝尔生理学或医学奖

三位2013年诺奖得主解开了细胞如何管理内部运输系统的秘密。每一个细胞都是一个生产和外运分子的工厂。例如,胰岛素被生产和释放入血,神经递质从一个神经细胞释放传递到另一个。这些分子以囊泡的形式被运输到细胞外部。这三位诺奖得主发现了控制这些细胞内囊泡被按时运输到目的地的分子机理。     

Complexin促进神经母瘤细胞分化的作用机制

Complexin(Cpx)蛋白是一种参与神经元囊泡释放过程的小分子蛋白,CpxⅠ对于神经细胞分化的促进作用主要依赖于其促进囊泡同步释放的功能,但其他亚型的Cpx及不同物种中的Cpx同源类似物是否也具有促进神经细胞分化的功能尚未被阐明。在本研究中,我们在小鼠的神经母瘤细胞(N2a)中过表达不同亚型和种属的Cpx蛋白,24 h和48 h后分别统计分化率、分支数和分支长3个指标。结果表明,不同亚型和不同种属物种的Cpx对神经母瘤细胞的分化均具有促进作用,这说明Cpx通过促进囊泡同步释放功能促进神经细胞分化的作用是保守的。     

神经元细胞器和囊泡运输

神经元是高度极化的细胞,典型的神经元由胞体、轴突及树突构成。神经元的胞体和神经末梢之间的物质和信息传递以及神经元之间的通讯都依赖于胞内的细胞器和囊泡运输。神经元中的运输系统对于神经元形态和功能的建成和维持以及突触的功能和可塑性至关重要。胞内运输的调控机制是细胞神经生物学领域的重大科学问题。该文重点总结了近年来关于神经元内细胞器和囊泡运输的研究进展,并对神经活性依赖的运输调控机制进行了初步探讨。此外,该文还简要介绍了神经元胞内运输与人类疾病之间的关系。     

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。     

大脑中神经细胞的死亡机制

当大脑缺氧时 ,神经传输物质谷氨酸的释放就会诱发神经细胞的死亡。关于这种情况下谷氨酸释放的原因 ,人们已经提出了若干种机制。现在 ,对大脑海马体的细胞进行的研究表明 ,大脑缺氧时谷氨酸的释放似乎是由正常情况下将谷氨酸运送进神经细胞的运输子运输方向发生逆转引起的 ,即在大脑缺氧时这种运输子将谷氨酸从神经细胞中运送出来。这种解释 ,与在中风发生后最初几分钟内大脑中的实际情况以及受损情况是一致的大脑中神经细胞的死亡机制@车笛     

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.     

利用FM4-64FX标记大鼠血管平滑肌细胞的囊泡运输

囊泡运输是大分子物质进入细胞的途径,血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)与外界存在频繁的信息和物质交换,该研究通过标识内吞囊泡来研究VSMCs的囊泡运输。体外培养大鼠胸主动脉VSMCs,用血管紧张素II(angiotensin II,Ang II)刺激,加入FM4-64FX短暂孵育后固定。通过免疫组化方法标记VSMCs血管紧张素II 1型受体(angiotensin II receptor type 1,AT1R),检测内吞囊泡和AR1R转运之间的关系。受到Ang II的激活后,VSMC快速形成内吞囊泡,将AT1R转运至胞质;存在血管紧张素受体阻断剂(angiotensin receptor blocker,ARB)时,内吞囊泡数量少,AT1R较少进入胞质。通过FM4-64 FX对胞内囊泡进行标识可以显示VSMCs的大分子物质运输,可观察特定的分子在内吞囊泡上的分布和运输情况。     

囊泡运输的功能与调控机制

真核细胞通过区隔化形成各种细胞器,这些膜状结构和细胞质膜共同构成了复杂的生物膜系统。细胞质膜和细胞器之间以及细胞器之间大量的物质和信息交流构成了细胞生命活动的基础。由马达蛋白驱动的囊泡运输是细胞内物质运输的主要形式,囊泡运输的调控机制是细胞生物学领域的重大科学问题。该文重点总结了近年来基于微管轨道的囊泡运输领域中关于马达蛋白kinesin和cytoplasmic dynein的货物识别机制、货物卸载机制的研究进展,并对马达蛋白对于微管轨道的识别机制进行了初步探讨。此外,该文还总结了囊泡运输与人类疾病之间的关系。     

综述: 胞外囊泡表面糖缀合物研究进展

胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)是一类由细胞分泌到胞外的能够被受体细胞摄取的膜性囊泡小体,直径在20～ 1 000 nm．近年来,越来越多的研究者发现胞外囊泡在疾病诊断、预后评估以及药物递送等方面具有重要的生物学作用．胞外囊泡可以直接参与细胞间信息的传递以及物质的运输,其携带的核酸(mRNA,microRNA和lncRNA)和蛋白质可以影响受体细胞的生理状态．大量研究表明,胞外囊泡是被糖基化修饰的,胞外囊泡表面覆盖了大量的聚糖以及糖结合蛋白,而已知聚糖类物质在调控细胞黏附、细胞-细胞之间的信息传递、细胞和细胞外基质相互作用、免疫调节和肿瘤转移等方面发挥重要的作用．本文综述了近年来细胞外囊泡表面糖缀合物修饰的前沿研究,以期更好地理解聚糖在胞外囊泡的合成、释放以及运输过程及其生物学功能中的作用．     

胞外囊泡表面糖缀合物研究进展

胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)是一类由细胞分泌到胞外的能够被受体细胞摄取的膜性囊泡小体,直径在20~1 000 nm.近年来,越来越多的研究者发现胞外囊泡在疾病诊断、预后评估以及药物递送等方面具有重要的生物学作用.胞外囊泡可以直接参与细胞间信息的传递以及物质的运输,其携带的核酸(m RNA,micro RNA和lnc RNA)和蛋白质可以影响受体细胞的生理状态.大量研究表明,胞外囊泡是被糖基化修饰的,胞外囊泡表面覆盖了大量的聚糖以及糖结合蛋白,而已知聚糖类物质在调控细胞黏附、细胞-细胞之间的信息传递、细胞和细胞外基质相互作用、免疫调节和肿瘤转移等方面发挥重要的作用.本文综述了近年来细胞外囊泡表面糖缀合物修饰的前沿研究,以期更好地理解聚糖在胞外囊泡的合成、释放以及运输过程及其生物学功能中的作用.     

Complexin在囊泡运输中的作用

神经递质释放对维持生物体正常的生命活动有着重要的意义,它是由囊泡运输介导完成的.神经元细胞中囊泡运输涉及许多蛋白质间的相互作用,共同调控这一复杂的过程,可溶性小分子蛋白Complexin(Cpx)在这一过程中起着重要的作用,它同时具有抑制囊泡自发发放和促进囊泡诱发发放的功能.本文综合国内外近20年的研究,着重介绍了Cpx蛋白各部分结构域的功能,及其与一些囊泡分泌相关蛋白,如SNARE复合体、Synaptotagmin(Syt),间的相互作用机制及其最新进展.     

Rab蛋白在神经退行性疾病中作用的研究进展

Rab蛋白是Ras超家族成员,是一类小分子GTP结合蛋白.在大分子物质进入细胞的内吞途径和细胞器间的物质转运过程中,Rab蛋白通过招募其效应蛋白可作用于囊泡形成、转运、黏附和融合,是囊泡运输过程中的关键调节因素.Rab蛋白及其效应蛋白定位和功能的改变与多种疾病相关.本文就Rab蛋白的主要功能及其在帕金森病、阿尔茨海默病...     

植物囊泡运输与抗病性

细胞内的囊泡运输是生命活动中一个极其复杂的动态生物学过程,参与各种植物发育过程和对环境的响应,包括植物组织细胞特异性和防御响应。该文从蛋白质分选、分泌蛋白的合成和囊泡运输的特异性对植物囊泡运输与植物的先天性免疫的关系进行了详细阐述。     

植物囊泡运输与抗病性

细胞内的囊泡运输是生命活动中一个极其复杂的动态生物学过程,参与各种植物发育过程和对环境的响应,包括植物组织细胞特异性和防御响应。该文从蛋白质分选、分泌蛋白的合成和囊泡运输的特异性对植物囊泡运输与植物的先天性免疫的关系进行了详细阐述。     

受体介导式入胞的分子机理(1)

受体介导式入胞是一种与细胞膜受体有关的入胞过程。这一过程可概括为：1)膜受体识别介质中的特异性配体并与之结合,形成受体一配体复合物;2)该复合物在细胞膜中横向移动．逐渐向膜表面的衣被凹陷处集中,衣被凹陷是细胞膜上一个特殊的区域,其胞质侧富含网格蛋白;3)衣被凹陷进一步向胞质侧凹入,并最终与细胞膜脱离,在胞内形成一个囊泡,称衣被囊泡。衣被囊泡的形成过程称内移(internalization)：4)衣被囊泡与胞浆中的内体融合,内体可以发出和接受囊泡,与细胞膜、高尔基体和溶酶体有着广泛的交通往来．并通过内体的周转实现膜受体的循环利用和胞内物质的转运(如图1);5)内体与溶酶体融合,内容物被降解,受体与配体分离,配体进入胞内．膜受体回到胞膜。对于这样一个复杂的过程,人们的认识水平正不断深入,仅就受体介导式入胞各个环节的分子机理作一综述。     

酵母Dop1及其同源蛋白DOPEY对细胞糖基化和囊泡运输影响的研究

蛋白质糖基化是一种保守的翻译后修饰,对多种细胞现象至关重要。在酵母或动物细胞高尔基体中的糖链处理由结构相似的糖基转移酶或糖苷酶催化。囊泡运输等多种因素会影响糖基转移酶在高尔基体中的稳态定位,进而影响糖基化。该研究探讨高尔基外周蛋白Dop1对细胞糖基化和囊泡运输的影响。共聚焦荧光显微镜活细胞成像显示,Dop1主要定位于晚期高尔基体。Dop1及其相互作用蛋白Neo1(P4 ATPase)均参与高尔基体后期的囊泡运输。此外,Dop1介导糖基转移酶Och1的逆向运输而影响糖基化。进一步,哺乳动物DOPEY1和DOPEY2是酵母Dop1的同源蛋白。DOPEY1或DOPEY2的缺失导致高尔基体结构的改变,轻微地影响细胞糖基化。综上,酵母Dop1和哺乳动物DOPEY都参与了细胞后期的蛋白质囊泡运输,并影响高尔基体形态或糖基化。     

COG拴留复合体对高尔基体功能的重要性

膜泡运输是真核细胞生命活动的最基本的形式,是大分子物质运输和交流的基础。膜泡运输是起始于运输囊泡在供体膜上的出芽,随后沿细胞骨架定向移动,到达靶位膜的拴留、锚定以及膜融合过程。其中拴留因子在拴留过程中起重要作用,是介导运输囊泡和靶位膜之间首次接触的决定性因子。COG(conserved oligomeric golgi)复合体是进化上保守的多亚基拴留复合体(multisubunit tethering complex,MTC),是细胞内膜泡运输和维持高尔基体稳定性及完整性所必需的因子。在酵母和哺乳类细胞中,COG是八聚体复合体,定位于高尔基体,负责由COPI介导的高尔基体驻留蛋白比如糖基化酶lycosyltransferase在高尔基体内部的逆向膜泡运输。到目前为止,许多先天性糖基化障碍(congenital disorders of glycosylation,CDG)患者已被鉴定为COG复合体中的突变所致,说明了COG复合体在糖基化过程中的重要性。本综述将结合前人对COG复合体的研究成果对其最新研究进展进行概括性叙述。     

外泌体及其在神经退行性疾病发生、发展和诊治中的作用

外泌体是一种直径在30～100 nm的细胞外膜性囊泡,由真核生物体内的多种细胞产生,其内含有蛋白质、脂质、核酸以及和起源细胞相关的物质等。外泌体能够携带起源细胞内成分并作用于邻近或远距离的细胞,从而实现生理及疾病状态下不同细胞间的信息交流。近年来,研究表明神经退行性疾病发病相关的错误折叠蛋白(如α-突触核蛋白、tau蛋白、β-淀粉样蛋白等)能够通过外泌体运输,从而促进这些蛋白在细胞间传播并传播至未病变区域,加快疾病进程。本综述着重阐述了外泌体的起源和组成、生物合成、分泌、功能,尤其是在神经退行性疾病发生和发展中的作用。除此之外,还探讨了外泌体作为生物标记物和药物传递载体在神经退行性疾病的诊断与治疗中的作用和前景。