小泡的定向運輸、停靠和融合機理［細胞生物學］
發布時間：2011-10-18 共1頁
小泡的定向運輸、停靠和融合機理
無論是選擇性還是非選擇性的運輸小泡， 它們都必須高度選擇性地有方向地到達目的地，那么定向運輸和停泊的標志是什么呢？ 到達目的地后如何停泊？各種小泡都是膜封閉的結構，它們又是怎樣突破膜結構的障礙釋放出內含物？
■ 運輸小泡尋靶： SNARE 假說
James Rothman和他的同事根據對動物細胞融合研究的發現， 提出有關小泡尋靶的SNARE假說（SNARE hypothesis）。
● NSF和SNAPs
他們發現動物細胞融合需要一種可溶性的細胞質蛋白，叫做N-乙基馬來酰亞胺敏感的融合蛋白（N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein，NSF）以及其它幾種可溶性的NSF附著蛋白（soluble NSF attachment protein，SNAPs）。NSF是一種四聚體，四個亞基都相同。SNAPs 有α-、β-和γ- SNAPs等。
● SNARE 假說
由于NSF/ SNAPs能夠介導不同類型小泡的融合，說明它沒有特異性。據此Rothman提出一種假說：膜融合的特異性是由另外的膜蛋白提供的，把這種蛋白稱為SNAP受體蛋白（SNAP receptors），或稱為SNAREs，這種蛋白可以作為膜融合時SNAPs的附著點。
● 不同的小泡具有不同的SNAREs
按照Rothman的SNARE假說，每一種運輸小泡都有一個特殊的V-SNARE（vesicle-SNAP receptor）標志，能夠同適當的靶膜上的T-SNARE（target-SNAP receptor）標志相互作用。一種運輸小泡在沒有找到合適的靶位點之前有可能同幾種不同的膜位點進行過暫時性地接觸，這種接觸是不穩定的，只有找到真正的靶位點才會形成穩定的結構（圖9-70）。
圖9-70 運輸小泡尋靶
不同的小泡上具有不同的V-SNARE， 它能識別不同靶膜上的T-SNARE并與之結合，以此保證運輸小泡到達正確的目的地。
■ Rab蛋白（Rab protein）在小泡運輸與融合中的調節作用［］
Rab蛋白家族是真核細胞中控制小泡轉運的GTP結合蛋白。
● Rab蛋白是一類調節型的單體GTPase， 所有的Rab蛋白都是由大約200個氨基酸組成的，并且有類似于Ras蛋白的重疊結構。它能夠結合GTP并將GTP水解，因此認為Rab蛋白通過GTP的循環來調節小泡的融合（圖9-71）。
圖9-71 Rab蛋白的結構
● Rab蛋白在小泡的轉運和融合中的調節機理可能是：供體膜上的鳥嘌呤核苷釋放蛋白（GNRP）識別胞質溶膠中特異的Rab蛋白，誘導GDP的釋放并和GTP結合，進而改變Rab蛋白的構型，改變了構型的Rab蛋白暴露出其脂基團，從而將Rab蛋白錨定到膜上。運輸小泡形成后，在V-SNARE的引導下，到達受體膜的T-SNARE部位，Rab幫助小泡與受體膜結合。Rab蛋白上的GTP水解后從膜中釋放出來，而小泡卻鎖定在受體膜上，釋放出的Rab進入胞質溶膠進行再利用（圖9-72）。
圖9-72 Rab蛋白在小泡運輸和融合中的調節作用
● Rab蛋白作用的實驗證據
有一些離體實驗支持Rab蛋白在小泡運輸和融合中的作用。如Rab5定位于初級內體的膜上， 無細胞系統實驗表明， 初級內體間的相互融合需要Rab5的存在， 也不能用其它類Rab蛋白取代。加入Rab和GTP后初級內體間就能發生融合， 說明Rab和GTP是初級內體融合的觸發劑。同樣發現Rab1蛋白是ER同高爾基體小泡所必需的。
■ 小泡融合模型
根據SNARE假說以及對Rab蛋白等生化和遺傳學研究結果表明， 小泡融合時，需要V-SNARE、T-SNARE和融合蛋白SNAP25的存在。將含有純化的V-SNARE的人工脂質體與含有T-SNARE/SNAP25復合物的脂質體一起溫育，漸漸地兩種膜融合到一起， V-SNARE、T-SNARE/SNAP25出現在同一種膜上。在細胞中融合只要幾秒鐘，但需要幾種胞質溶膠蛋白的參與，包括NSF、α-、β-和γ-SNAPs，它們的作用可能是使V-SNARE、T-SNARE/SNAP25解離以便于再利用， 同時擴大融合。圖9-73是根據體外實驗的結果提出的小泡融合模型。
圖9-73 運輸小泡尋靶與融合模型
① 運輸小泡通過小泡膜中的V-SNARE與靶膜T-SNRE/SNAP25復合物的細胞質結構域相互作用，形成螺旋結構，使運輸小泡附著到受體膜。小泡膜中的Rab蛋白作為小泡尋靶和融合的定時器；② 通過多個V-SNARE與靶膜T-SNRE相互作用以及ATP的水解形成預融合復合物；③ 預融合開始之后立即進行融合，但詳細機理不清；④ 在融合過程中，相互作用的蛋白進行解離，如T-SNARE/V-SNARE/SNAP25相互分開，促進了進一步的融合；⑤ 含有V-SNARE小泡的形成并回到原始膜中。
