Cell新文章：解答十年細胞生物學謎題

在10月12日的《細胞》（Cell）雜志上，來自康奈爾大學的一項研究揭示了稱作內體蛋白分選轉運裝置（endosomal sorting complex required for transport，ESCRTs）的細胞膜塑形（membrane-sculpting）蛋白促進囊泡（vesicles）形成的機制，自十多年前發現ESCRTs以來這一過程一直是一個待解的謎題。

為了將細胞內的廢物清除，細胞膜塑形蛋白ESCRTs會促進囊泡（分子垃圾袋）形成，將來自細胞區室表面舊的受損的蛋白質帶到了內部回收利用工廠，在那里將廢物降解，使組件獲得重新利用。

如果這些“垃圾袋”不能完成它們的傳遞任務，包括癌癥和神經退行性疾病在內的許多疾病就會形成。此外，像HIV等病毒可以劫持這些細胞膜塑形蛋白導致感染細胞破裂。

論文的資深作者是康奈爾大學Weill細胞和分子生物學研究所主任Scott Emr，Emr實驗室的博士后研究人員Mike Henne和Nicholas Buchkovich共同領導了這項研究。研究論文描述了研究人員如何重新構建出ESCRT機器的一部分――一個稱作ESCRT-III的復合物的過程。ESCRT-III可使得細胞膜彎曲，這是在細胞膜最終掐斷（pinch off）和關閉形成囊泡前的一個關鍵步驟。隨后研究人員利用高倍電子顯微鏡對細胞膜彎曲的過程進行了成像。

研究人員證實ESCRT-III復合物中的蛋白質分階段起作用，一種蛋白裝配成螺旋，其他的蛋白質則將這些螺旋進一步轉變為緊密的螺絲錐形螺旋，使得細胞膜彎曲，隨后形成了一個囊泡。

 “我們認為這些實驗告訴了我們ESCRT-III是一個動態復合物，通過形成彈簧樣纖維使細胞膜彎曲，從而生成了囊泡。如果情況確是這樣，這有可能是在細胞內構建膜曲度（membrane curvature）的一種新方法，”Henne說。

ESCRT機器總共由5個不同的復合物構成，它們必須協同作用完成工作。研究人員認為這些復合物以一種特異的事件順序將彼此招募到了囊泡的表面

在對ESCRT-III復合物成像后，研究人員檢測了ESCRT-III與它的近鄰和招募者ESCRT-II的相互作用機制。他們發現ESCRT-II控制了ESCRT-III的結構，且與ESCRT-III一起作用在細胞膜表面構建出了微小ESCRT-III環。由于ESCRT-III包含一種負責抓取垃圾的特殊蛋白，研究人員認為ESCRT-II 和ESCRT-III共同作用在ESCRT-III環最終成熟為膜彎曲彈簧之前首先抓取隨后捕獲了ESCRT-III環中的細胞垃圾。

囊泡中容納有不同的細胞材料，其中許多攜帶著蛋白質廢物。它們還通過納入細胞表面上的細胞信號受體并由此關閉它們從而實現對它們的調控。隨后這些蛋白質被帶到稱作溶酶體的細胞回收工廠，在那里通過消化酶類進行降解。

解開這一過程的這些步驟為Emr實驗室在未來的研究中準確探究囊泡形成最后時刻的調節機制開啟了大門。囊泡分離（Vesicle scission）目前仍是該領域的一個待解之謎。