4月4日，中國科學院生物物理研究所蔡華清課題組在《自然-通訊》（Nature Communications）上，發(fā)表了題為The PripA-TbcrA complex-centered Rab GAP cascade facilitates macropinosome maturation in Dictyostelium的研究論文。該研究揭示了巨胞飲體成熟過程中由Rab5、Rab7、PripA和TbcrA構成的Rab GAP信號級聯(lián)通路調控巨胞飲體成熟和貨物降解的分子機制。

巨胞飲（macropinocytosis）是細胞非選擇性內吞胞外液體的過程。這一特殊的內吞行為在多種細胞類型中發(fā)生，例如阿米巴細胞利用其獲取環(huán)境中的營養(yǎng)物質、免疫細胞利用其捕獲抗原、神經細胞利用其內吞膜受體調節(jié)突觸信號。巨胞飲也與許多疾病的發(fā)生相關，例如在神經退行性疾病中介導蛋白聚集體在細胞間的傳遞、被病原體利用入侵宿主細胞等。近年來，研究發(fā)現(xiàn)，某些腫瘤細胞可通過上調巨胞飲攝取蛋白質和脂肪酸等營養(yǎng)物質，從而在腫瘤微環(huán)境中維持生長優(yōu)勢。相比其他內吞過程，巨胞飲作用具有若干鮮明的特點。巨胞飲提供了一種內化大量溶質和膜的途徑，巨胞飲體的直徑一般在0.2~5微米，大于被廣泛研究的網格蛋白形成的內吞泡的大小。巨胞飲不依賴包被蛋白或固體顆粒模板，而是由肌動蛋白驅動質膜發(fā)生形變，進一步形成內吞囊泡。這些巨胞飲過程特性的背后蘊藏復雜的調控機理，而目前對巨胞飲體形成和成熟的分子機制知之甚少。

為了解析巨胞飲體成熟過程的分子機制，蔡華清課題組利用模式生物Dictyostelium discoideum細胞開展研究?？蒲腥藛T觀察Rab小GTP酶的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)巨胞飲體在從質膜上分離后會依次被Rab5和Rab7標記。在Rab5標記的早期巨胞飲體向Rab7標記的晚期巨胞飲體轉變的過程中，Rab7并不像經典模型中描述的那樣是從胞質中被招募到囊泡結構上。相反，當Rab5標記的早期巨胞飲體進入細胞中約20-30秒后，大量Rab7標記的晚期巨胞飲體定位在Rab5囊泡結構的周圍并與之融合。這表明巨胞飲體成熟過程中Rab5向Rab7的轉化依賴晚期巨胞飲與早期巨胞飲體的融合。

研究進一步通過對在Rab5向Rab7的轉化階段特異定位于巨胞飲體上的蛋白的篩選，發(fā)現(xiàn)了由包含PH結構域的一個蛋白和包含RabGAP結構域的一個蛋白組成的蛋白復合體，并將這兩個蛋白分別命名為PripA和TbcrA。研究結合延時熒光成像、酵母雙雜交和一系列生化實驗證明，PripA分別與早期巨胞飲體上的PI(3,4)P₂和晚期巨胞飲體上的Rab7結合，為兩種巨胞飲體膜結構之間建立鏈接。同時，PripA招募TbcrA，而后者作為Rab5的GAP促進Rab5-GTP的水解，從而保證在晚期巨胞飲體與早期巨胞飲體融合的過程中Rab5被及時失活。pripA或tbcrA基因的缺失會抑制Rab5的失活，并阻礙巨胞飲體的成熟和內吞貨物的降解。此外，研究發(fā)現(xiàn)PripA-TbcrA復合體在細胞吞噬細菌和酵母等微生物的過程中也發(fā)揮類似的功能，從而促進吞噬體的成熟。

該研究揭示了Rab5、Rab7和PripA-TbcrA復合物以Rab GAP級聯(lián)（Rab GAP cascade）的形式，調控巨胞飲體成熟的分子機制。在該調控機制中，處于信號通路下游的Rab7通過膜融合的方式被富集到巨胞飲體上，Rab7再通過招募GAP蛋白抑制通路上游的Rab5的活性，從而確保巨胞飲體成熟過程中Rab小GTP酶轉化的方向性，使細胞能夠高效地處理巨胞飲內吞的貨物，進而及時獲取維持細胞生長和增殖的營養(yǎng)物質。該研究提出不同來源的內吞囊泡加工方式的多樣性，這為探究細胞內吞過程的分子機制奠定了重要基礎。

研究工作得到國家自然科學基金、科技部和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

論文鏈接

Rab5、Rab7和PripA-TbcrA復合體構成的Rab GAP信號級聯(lián)通路調控巨胞飲體成熟

來源：中科院