封面说明

<正>内吞循环运输是细胞中高度动态的一类生物学过程,与胞吐运输一起协同维持细胞质膜上磷脂和蛋白等大分子的稳态水平。循环运输的失调会导致信号受体和离子通道等功能膜蛋白的胞内异常积累以及质膜功能受损,诱发诸如肿瘤和代谢异常等疾病的发生。本期林珑等"细胞内     

细胞内吞的研究进展

细胞外基质的各种分子经细胞膜进入真核细胞是一个复杂的过程。细胞内吞是通过细胞质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。不同的细胞内吞途径需要不同的蛋白质分子参与,引起不同的信号转导通路。目前认为细胞内吞和膜转运是细胞对其信号转导过程的一种精密的组织安排,细胞内吞在细胞信号转导,维持机体动态平衡方面起着重要作用。细胞内吞途径通常可以分为网格蛋白依赖的内吞和非网格蛋白依赖的内吞,其中后者包括陷窝蛋白依赖和非陷窝蛋白依赖的内吞,以及巨胞饮介导的内吞。本文将就这几种主要细胞内吞途径及与细胞信号转导通路关系的研究进展予以介绍。     

网格蛋白介导的内吞作用机制

受体介导的内吞作用是目前公认的生物体摄取生物大分子的途径,而网格蛋白介导的内吞又是最主要的受体介导方式.结合国内外最新报道,介绍了网格蛋白和衔接蛋白的结构、分子特性和功能;从衔接蛋白、网格蛋白的招募;包被小凹的内陷、缢缩和包被液泡的芽殖和包被液泡的脱壳等过程,阐释了网格蛋白介导的内吞作用机制.     

内体—溶酶体运输及其细胞功能

哺乳动物细胞中,内吞作用通过质膜内陷形成囊泡来摄取外界物质,经早内体到达晚内体/溶酶体降解或经再生循环回到质膜。内体运输网络参与细胞一系列重要生命活动,如信号通路调节、细胞器发生以及胞吐作用等。近年来发现Aps、BLOCs、HOPS和ESCRTs等复合体共同参与货物由胞内体到溶酶体或溶酶体相关细胞器的运送。该文主要就这些内体—溶酶体运输系统中重要蛋白复合体的组成和功能进行综述。     

吞蛋白A2在非网格蛋白内吞中的作用研究进展

内吞作用是细胞从细胞外空间和内化横跨膜的细胞表面蛋白转运物质到细胞内的过程.吞蛋白(endophilin)一直被认为参与了网格蛋白介导的细胞内吞作用,2015年《自然》(Nature)发表的两篇研究论文报道了一种由endophilin A标记和控制的独立于网格蛋白的有被囊泡内吞作用.本文主要综述近年来endophilin A2的研究,着重介绍endophilin A2在非网格蛋白介导的内吞作用中的功能和机制.     

冠状病毒入胞途径的研究进展

冠状病毒家族成员众多,主要感染哺乳动物和禽鸟类,给人类和动物的健康带来了极大危害。病毒对细胞表面受体的结合和内吞方式,决定病毒的宿主范围、组织嗜性和发病机理;此外,研究病毒的入胞途径不仅有助于我们认识病毒的生活周期,还对病毒性感染的预防和治疗具有重要意义。本文总结归纳了近十年来冠状病毒入胞途径的研究进展:多数冠状病毒可通过网格蛋白依赖型内吞、小窝蛋白依赖型内吞、巨胞饮以及网格蛋白/小窝蛋白非依赖型内吞途径进入细胞,到达早期内体、晚期内体或溶酶体等处发生膜融合,释放病毒基因组进入细胞质。病毒的内吞途径可作为广谱抗病毒药物设计的靶点。     

G蛋白偶联受体相关分选蛋白功能特征与相关疾病研究进展

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCRs)作为最大的一类膜蛋白受体家族,可被多种配体激活并发挥相应的信号转导功能,参与生物体内重要的生理过程。G蛋白偶联受体相关分选蛋白(G protein-coupled receptors associated sorting proteins, GASPs)则对内吞后的GPCRs分选过程发挥着重要的作用,并介导受体进入降解或再循环途径,进而调控细胞的信号转导等过程。研究发现GASPs的功能缺陷与多种疾病相关,包括神经系统疾病、肿瘤和耳聋等。本文重点介绍了G蛋白偶联受体相关分选蛋白的功能特征及其相关信号通路,描述了GASPs功能缺陷与疾病的关联性及家族蛋白与GPCRs的相互作用、GASPs分选途径的发现、参与的信号通路及对基因转录调控,以期为GASPs相关多种疾病的治疗提供新的思路和策略。     

包被小泡——一种新的细胞器

本文简要介绍了包被小泡的结构和功能。包被小泡是由笼形蛋白三联体骨架组成的多边形网格内含一个膜泡所构成,它参与细胞受体介导的内吞作用、质膜循环、细胞外吞作用和病毒进入细胞等过程,是一种新的细胞器。     

肝细胞生长因子及受体传递的调节与内吞作用

肝细胞生长因子(HGF)是一种具有多重功能的细胞调控因子。HGF与其受体Met酪氨酸激酶(c-Met)的结合可激发多种生物学反应,从而调节细胞的增殖、分化、形态发生和侵袭运动等。有多种因素参与了HGF/c-Met信号传导的调控,从而防止信号的过度放大,其中Cbl1、Rab、泛素化激酶和HGF/c-Met的内吞等发挥了重要的作用。因此,对HGF/c-Met内吞过程的研究,了解内吞对于HGF/c-Met的信号传导及其调控的影响,探讨HGF/c-Met信号传导通路的调控机理和相互作用模式,可进一步阐明HGF/c-Met信号传导的调控机制,从而验证肝细胞中内吞作用直接调节HGF/c-Met信号通路的作用机制。     

植物胞吞和胞吐的耦合调控

真核细胞通过胞吞和胞吐作用将大分子和颗粒性物质运出或运送至质膜,其中包括一些具有重要生物学功能的蛋白质。胞吞和胞吐途径之间的耦合对维持质膜的完整性以及调控质膜蛋白的丰度和活性至关重要。动物中,突触小泡的胞吞和胞吐在时空上紧密耦合已被证明是持续神经传递的必要条件。近年来,随着对植物囊泡运输的深入研究,越来越多的证据表明,植物细胞的胞吞和胞吐间同样存在耦合调控,且在植物生长发育和对外界环境的响应中扮演重要角色。该文综述了植物协同调控胞吞和胞吐的生理学意义,并结合网格蛋白介导囊泡运输的最新研究进展探讨了其可能的耦合机制。     

病毒入胞机制研究方法及其研究进展

多数病毒家族利用胞吞作为入侵宿主细胞的途径。胞吞既可以介导病毒内化,也可以将病毒运输到复制位点。已知的胞吞途径包括:网格蛋白依赖型内吞、小窝蛋白依赖型内吞、巨胞饮和网格蛋白、小窝蛋白非依赖型内吞。随着对胞吞过程中各组分结构和功能了解的日趋深入,研究胞吞过程以及病毒入侵过程的手段也变得更有效,特异性更高。目前,化学抑制剂的使用仍十分普遍,但该方法常非特异性地阻断细胞某些功能。一些分子抑制方法,如过表达显性负突变体和siRNA技术等,因其对单一途径的特异性阻断,使得应用分子型抑制剂逐渐取代了化学抑制剂。本文主要分析了研究病毒入侵途径时所使用的实验方法,并列举了一些实例。     

膜蛋白的表达：在无细胞体系中实现功能性表达、折叠和组装

膜蛋白在人类和其他物种的生命活动中都起着至关重要的作用.在已完成测序的基因组中,膜蛋白占据30%.药物作用靶向位点、细胞之间的信号传递以及对外界环境的探测等功能,大多是通过生物膜上的特殊膜受体蛋白实现的.膜蛋白研究在工业、环境、国防、医学等领域具有重大意义.嗅觉受体蛋白是一类典型的膜蛋白,属于G蛋白偶联受体家族.嗅觉受体蛋白调控着生物的食物寻找、危险趋避和求偶行为.其主要分布于脊椎动物鼻腔和昆虫触角.嗅觉受体蛋白可以直接识别气味分子,将生物信号转化为电信号,最终传递至神经中枢,进而做出相关应答.膜蛋白的获取并不容易.天然组织中的膜蛋白含量太低不足以支撑学术研究.异源表达难以实现膜蛋白整合上膜,这给膜蛋白的结构和功能研究带来很大挑战.无细胞蛋白质合成系统是一个开放体系,且不依赖细胞活性,是体外表达蛋白质的有效方法.通过无细胞蛋白合成体系,在体外实现膜蛋白二聚体的自组装,将为膜蛋白研究带来全新突破.本文总结了用于无细胞表达的膜蛋白研究进展.     

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.     

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。     

SARS-CoV-2入胞活细胞示踪平台的建立

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）由于其高传染性已造成全球大流行。目前关于SARS-CoV-2依赖内吞途径进入细胞的研究偏向于药物抑制实验或固定样品的蛋白共定位实验,而对于其入胞时与细胞内吞结构相互作用的动力学机制研究较少。本研究首先基于慢病毒系统包装出可在生物安全二级实验室（BSL-2）进行操作的SARS-CoV-2假病毒,之后利用膜染料对假病毒的囊膜进行荧光标记,并进行鉴定。通过免疫荧光方法观察到假病毒与网格蛋白包被的内吞结构共定位,进一步在网格蛋白敲低的Caco-2细胞系上进行假病毒感染,检测到荧光素酶活性显著下降,这些结果确定了网格蛋白介导的内吞作用参与假病毒感染。最后基于单病毒示踪技术,通过共聚焦显微镜对假病毒入胞过程进行活细胞实时拍摄,选取两个具有代表性的假病毒粒子依赖网格途径入胞的典型视野,并对假病毒动力学进行分析。本研究成功建立了SARS-CoV-2假病毒入胞活细胞示踪平台,可应用于研究单个假病毒粒子入胞过程动力学机制。该平台对SARS-CoV-2入胞机制的研究具有重大意义。     

细胞穿膜肽介导生物大分子入胞机制研究进展

生物大分子药物与传统治疗方式相比作用靶点具有高度的专一性,成为21世纪药物研发中最具发展前景的领域之一,但由于细胞膜的天然屏障作用致使许多潜在的胞内药物靶标无法应用于新药研究。细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides,CPP)是一类具有穿膜功能的小分子短肽,可高效携带核酸、蛋白质等生物大分子穿过细胞膜进入胞质发挥功能,在介导生物大分子药物入胞上有着高效、低毒等诸多优势,但仍存在效率低、靶向性差等问题。CPP携带货物分子入胞的方式可以根据是否依赖能量分为直接入胞和内吞。直接入胞依据孔隙形成的方式不同分为四种模型:桶板模型、超环面模型、地毯模型和反向胶团模型。内吞则根据受体的不同又分为巨胞饮、网格蛋白介导的内吞、小窝蛋白介导的内吞、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖介导的内吞以及神经毡蛋白-1介导的内吞。CPP自身的类型、浓度、效应分子的物理化学性质以及分子大小都会影响CPP的入胞过程,进而决定CPP携带生物大分子入胞的途径。对CPP介导生物大分子的入胞机制进行综述,为研究更加高效、靶向性强的CPP提供依据,从而推动其在生物、医学领域的应用。     

TPLATE复合体亚基TML调控拟南芥花粉发育的研究

网格蛋白介导的内吞作用参与调控花粉管的生长,但研究人员对其在花粉发育过程中的作用了解较少。TML是拟南芥TPLATE复合体的亚基,参与网格蛋白介导的内吞。该文利用CRISPR/Cas9技术创制了拟南芥TML的突变体tml-3,发现tml-3突变体的花粉形态异常且不能萌发。拟南芥花发育的11时期,花粉中能够检测到TML的表达, TML-YFP信号从花发育的12时期开始定位在花粉的质膜上。随着花粉的发育, TML表达水平逐渐升高,同时, tml-3突变体中败育花粉的比例也随花粉发育的进程逐渐升高。与野生型相比, tml-3花粉中的胼胝质、果胶质、纤维素的含量和分布均存在异常。推测在拟南芥花粉发育过程中, TML参与的内吞作用调控花粉胼胝质、果胶质及纤维素等多聚糖的积累。     

饮食胆固醇吸收的研究进展

膜蛋白尼曼-匹克C1型类似蛋白1(Niemann-Pick C1 Like 1,NPC1L1)是介导肝脏和小肠细胞从胆汁或食物中吸收胆固醇的关键蛋白质。本文综述了NPC1L1蛋白的结构、功能及其介导肝肠细胞吸收外源胆固醇的分子机制。NPC1L1蛋白与脂筏蛋白Flotillin-1或Flotillin-2结合,在细胞质膜上形成富含胆固醇的膜微结构域,通过clathrin/AP2介导的囊泡内吞机制,将该NPC1L1-Flotillin-Cholesterol膜微结构域内吞运输至细胞内的内吞循环体上;内吞循环体上的胆固醇浓度下降后,NPC1L1-Flotillin复合物则由Cdc42和Myosin Vb.Rab11a.Rab11-FIP2蛋白运输至质膜,以执行下一轮的胆固醇吸收功能。NPC1L1蛋白的N端结构域可特异性结合胆固醇,是NPC1L1-Flotillin-Cholesterol膜微结构域形成所必需的,同时决定了胆固醇吸收的特异性。人群中NPC1L1基因的多态性与胆固醇吸收异常相关。本文还对未来的研究方向进行了探讨。     

G蛋白偶联受体结构生物学进展

G蛋白偶联受体(GPCR)是具有7次跨膜螺旋的细胞整合膜蛋白,它们广泛地参与感光、气味、神经传递以及细胞增殖、分化、迁移等各类生理活动的调控.是现代药物研发的重要靶点.然而,GPCR结构生物学研究却受到高质量蛋白制备、稳定性以及结晶方法等方面的限制.近年来,随着新型膜蛋白表达体系、新型去污剂、膜蛋白纯化及结晶技术的发展.使得G蛋白偶联受体结构解析工作取得了可喜的进展,也为进一步解析更多GPCR精细结构及相关药物研发奠定重要基础.     

EWI-2wint分子与丙型肝炎病毒感染

丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)的感染具有严格的种属特异性和组织特异性,其建立感染的第1步是病毒颗粒通过宿主细胞表面的分子黏多糖分子(glycosaminoglycans,GAG)及低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor,LDLr)等黏附在细胞表面,然后依次与细胞表面的B类Ⅰ型清道夫受体(scavenger receptor B type Ⅰ,SR-B Ⅰ)、CD81、紧密连接蛋白Claudin-1等受体分子结合,再经网格蛋白、脂筏等介导的细胞内吞、融合,完成病毒的细胞入侵过程.