作者:Chinta sidharthanl博士评论:Lily Ramsey, llm2024年6月19日
肌动蛋白聚合诱导的力驱动质膜的运动，对细胞分裂、趋化性、细胞-细胞融合和吞噬等细胞功能至关重要。肌动蛋白骨架中蛋白质重排引起的对称性破缺调节着这些细胞过程。
在最近发表在《科学进展》上的一项研究中，研究人员使用了一种合成平台，该平台使用由化学蛋白质组成的二聚化模块来精确控制肌动蛋白的聚合，并证明了对称性破坏。
研究:合成co活性原始细胞中肌动蛋白聚合和对称性断裂的控制。图片来源:matthewjohn5539/Shutterstock.com
细胞融合、吞噬、趋化和细胞分裂等基本的细胞过程都需要细胞膜的运动。
由于肌动蛋白骨架中的蛋白质排列不对称而形成空间模式的对称性破坏是所有这些过程的基础，最终也调节细胞分化和生长。
真核细胞中的生物分子不对称通过多种机制调节，如变构调节和蛋白质开关。没有细胞复杂性的膜结合简化系统已在体外用于了解调节肌动蛋白动力学的机制和研究涉及肌动蛋白的对称性破缺。
以往的研究发现，在肌动蛋白聚合和调节蛋白作用下，囊泡膜会发生变形，但这些研究未能在空间和时间上扰动和观察到膜的重塑。
在本研究中，该团队使用一个由巨大的单层囊泡组成的合成平台，利用化学诱导精确地控制和研究肌动蛋白聚合。在这个平台上，外部化学信号被用来精确控制肌动蛋白聚合和重塑膜。
基于蛋白质二聚化设计的驱动和传感模型被封装在巨大的单层囊泡中，以构建该合成平台。
化学诱导二聚化，以前用于乳化液中的相分离，系住人造膜，以及操纵膜表面的生化反应，被用来设计这个模型。
结合免疫抑制药物FK506的蛋白质(称为FKBPs)以及fkbp -利福平结合域(当存在小利福平衍生分子时，其异源二聚化)被用于化学诱导二聚化过程。
FKBP和FKBP-利福平结合域与荧光蛋白连接，并被包裹在倒置乳状液形成的巨大单层囊泡内。
然后利用基于利福平的诱导，将青色荧光蛋白和FKBP-利福平结合域(CFP-FRB)的偶联物定位在锚定在膜上的FKBP附近。
研究人员使用由CFP-FRB、FKBP和肉豆酰化富丙氨酸激酶底物(MARCKS)组成的系统观察肌动蛋白的时间动态。
然后，通过将fkbp -利福平结合结构域与肌动蛋白组装诱导蛋白ActA的重组结构域融合，将化学诱导的二聚化构建物与肌动蛋白聚合连接。该系统用于研究由肌动蛋白聚合引起的巨大单层囊泡边界上的不对称和随机变形。
使用毒素latrunculin A证实了肌动蛋白聚合在膜变形中的作用，该毒素分别通过结合和解聚G-肌动蛋白和f -肌动蛋白来阻止肌动蛋白组装。
用图形表示空间随时间变化的血象仪，是用来研究肌动蛋白荧光和膜曲率随时间变化的。
分析ActA与肌动蛋白之间的相关性，以确定ActA的上游分布是否影响肌动蛋白成核异质性。进行了类似的分析，以确定膜曲率是否与肌动蛋白和ActA蛋白有关。
研究表明，该合成平台由一个巨大的单层囊泡和一个可以通过化学信号调节的驱动和传感模型组成，可以在时空上控制脂质和蛋白质模块，从而实现对称破缺。
研究结果表明，没有相分离的脂质、肌凝蛋白和封盖蛋白的设计，可能会在生理相关环境中产生对称性破坏，比如趋化性。
利用合成平台，研究人员展示了外部化学线索如何以无方向的方式导致肌动蛋白聚合和膜中的不对称变形。
此外，这些膜变形和肌动蛋白聚合与上游发现的生化线索无关。
与以往研究认为肌动蛋白对称性的破坏需要肌凝蛋白或封盖蛋白不同，本研究表明，通过上游化学成分(如肌动蛋白相关蛋白2/3)放大信号足以破坏肌动蛋白对称性。
综上所述，该合成平台由驱动传感模型和巨型单层囊泡组成，可用于研究化学线索诱导的对称性破缺。
此外，该平台允许在时空上可视化对称破缺过程中分子成分的定位，从而提高我们对细胞过程(如趋化性和细胞分裂)的理解。
研究结果表明，当外部施加化学信号时，对称破坏和膜变形会发生，导致肌动蛋白聚合，而没有肌球蛋白或封盖蛋白。
