4月4日，中國(guó)科學(xué)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(guò)程中由Rab5、Rab7、PripA和TbcrA構(gòu)成的Rab GAP信號(hào)級(jí)聯(lián)通路調(diào)控巨胞飲體成熟和貨物降解的分子機(jī)制。

巨胞飲（macropinocytosis）是細(xì)胞非選擇性內(nèi)吞胞外液體的過(guò)程。這一特殊的內(nèi)吞行為在多種細(xì)胞類(lèi)型中發(fā)生，例如阿米巴細(xì)胞利用其獲取環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、免疫細(xì)胞利用其捕獲抗原、神經(jīng)細(xì)胞利用其內(nèi)吞膜受體調(diào)節(jié)突觸信號(hào)。巨胞飲也與許多疾病的發(fā)生相關(guān)，例如在神經(jīng)退行性疾病中介導(dǎo)蛋白聚集體在細(xì)胞間的傳遞、被病原體利用入侵宿主細(xì)胞等。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)，某些腫瘤細(xì)胞可通過(guò)上調(diào)巨胞飲攝取蛋白質(zhì)和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而在腫瘤微環(huán)境中維持生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。相比其他內(nèi)吞過(guò)程，巨胞飲作用具有若干鮮明的特點(diǎn)。巨胞飲提供了一種內(nèi)化大量溶質(zhì)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(wǎng)格蛋白形成的內(nèi)吞泡的大小。巨胞飲不依賴(lài)包被蛋白或固體顆粒模板，而是由肌動(dòng)蛋白驅(qū)動(dòng)質(zhì)膜發(fā)生形變，進(jìn)一步形成內(nèi)吞囊泡。這些巨胞飲過(guò)程特性的背后蘊(yùn)藏復(fù)雜的調(diào)控機(jī)理，而目前對(duì)巨胞飲體形成和成熟的分子機(jī)制知之甚少。

為了解析巨胞飲體成熟過(guò)程的分子機(jī)制，蔡華清課題組利用模式生物Dictyostelium discoideum細(xì)胞開(kāi)展研究。科研人員觀察Rab小GTP酶的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)巨胞飲體在從質(zhì)膜上分離后會(huì)依次被Rab5和Rab7標(biāo)記。在Rab5標(biāo)記的早期巨胞飲體向Rab7標(biāo)記的晚期巨胞飲體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，Rab7并不像經(jīng)典模型中描述的那樣是從胞質(zhì)中被招募到囊泡結(jié)構(gòu)上。相反，當(dāng)Rab5標(biāo)記的早期巨胞飲體進(jìn)入細(xì)胞中約20-30秒后，大量Rab7標(biāo)記的晚期巨胞飲體定位在Rab5囊泡結(jié)構(gòu)的周?chē)⑴c之融合。這表明巨胞飲體成熟過(guò)程中Rab5向Rab7的轉(zhuǎn)化依賴(lài)晚期巨胞飲與早期巨胞飲體的融合。

研究進(jìn)一步通過(guò)對(duì)在Rab5向Rab7的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)域的一個(gè)蛋白和包含RabGAP結(jié)構(gòu)域的一個(gè)蛋白組成的蛋白復(fù)合體，并將這兩個(gè)蛋白分別命名為PripA和TbcrA。研究結(jié)合延時(shí)熒光成像、酵母雙雜交和一系列生化實(shí)驗(yàn)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(jié)合，為兩種巨胞飲體膜結(jié)構(gòu)之間建立鏈接。同時(shí)，PripA招募TbcrA，而后者作為Rab5的GAP促進(jìn)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(guò)程中Rab5被及時(shí)失活。pripA或tbcrA基因的缺失會(huì)抑制Rab5的失活，并阻礙巨胞飲體的成熟和內(nèi)吞貨物的降解。此外，研究發(fā)現(xiàn)PripA-TbcrA復(fù)合體在細(xì)胞吞噬細(xì)菌和酵母等微生物的過(guò)程中也發(fā)揮類(lèi)似的功能，從而促進(jìn)吞噬體的成熟。

該研究揭示了Rab5、Rab7和PripA-TbcrA復(fù)合物以Rab GAP級(jí)聯(lián)（Rab GAP cascade）的形式，調(diào)控巨胞飲體成熟的分子機(jī)制。在該調(diào)控機(jī)制中，處于信號(hào)通路下游的Rab7通過(guò)膜融合的方式被富集到巨胞飲體上，Rab7再通過(guò)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(guò)程中Rab小GTP酶轉(zhuǎn)化的方向性，使細(xì)胞能夠高效地處理巨胞飲內(nèi)吞的貨物，進(jìn)而及時(shí)獲取維持細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。該研究提出不同來(lái)源的內(nèi)吞囊泡加工方式的多樣性，這為探究細(xì)胞內(nèi)吞過(guò)程的分子機(jī)制奠定了重要基礎(chǔ)。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等的支持。

論文鏈接

Rab5、Rab7和PripA-TbcrA復(fù)合體構(gòu)成的Rab GAP信號(hào)級(jí)聯(lián)通路調(diào)控巨胞飲體成熟

來(lái)源：中科院