格羅寧根大學(xué)的微生物學(xué)家已經(jīng)可視化了面包酵母細(xì)胞膜上的小島。這些膜隔室似乎在使用前儲(chǔ)存轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。科學(xué)家觀察到這些蛋白質(zhì)在酵母的質(zhì)膜中移動(dòng)得非常緩慢，并發(fā)現(xiàn)它們?nèi)绾未┻^膜進(jìn)入島嶼。他們使用最先進(jìn)的超分辨率光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了這些觀察。結(jié)果于2月5日在Nature Communications上發(fā)表。

直到大約10年前，關(guān)于細(xì)胞生物學(xué)的教科書將細(xì)胞膜顯示為具有隨機(jī)插入的膜蛋白的同質(zhì)脂質(zhì)雙層。但是，這種觀點(diǎn)有不同階段的哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜發(fā)現(xiàn)顯著改變細(xì)胞。脂質(zhì)組合物在膜上的“島”上可以不同，這影響蛋白質(zhì)分布。然而，關(guān)于酵母細(xì)胞中的類似結(jié)構(gòu)知之甚少。

“20世紀(jì)60年代后期的電子顯微鏡研究顯示酵母膜中存在凹陷，但它們沒有詳細(xì)研究，因此被視為樣品制備的假象，”格羅寧根大學(xué)生物化學(xué)教授Bert Poolman解釋道。“然后，大約10年前，這些蕭條被重新發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家觀察到附著在膜內(nèi)側(cè)的香蕉形蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)被證明是造成這些洼地的原因。”

Poolman決定研究酵母膜中的這些凹陷有多種原因。“我們深入?yún)⑴c了一個(gè)用分子成分構(gòu)建合成細(xì)胞的項(xiàng)目。所以我們需要了解很多關(guān)于膜以及如何掌握膜蛋白的知識(shí)。”此外，eisosomes是Poolman研究小組的行業(yè)合作伙伴感興趣的許多轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的優(yōu)先位置。

轉(zhuǎn)運(yùn)

通過使用不同的熒光標(biāo)記物來標(biāo)記膜中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和內(nèi)側(cè)的香蕉形蛋白，Poolman小組確定哪些蛋白質(zhì)與eisosomes共定位。由于凹陷僅約50納米深，并且異構(gòu)體的尺寸最大為150×100納米，因此需要極高的分辨率。“幸運(yùn)的是，我們的實(shí)驗(yàn)室擁有一套專用顯微鏡，可以獲得如此極高的分辨率，并結(jié)合觀察活細(xì)胞中單個(gè)分子所需的高靈敏度。”超分辨率顯微鏡的經(jīng)驗(yàn)和膜生物化學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)使該組能夠提供所需分辨率的圖像。

研究表明，一些氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白優(yōu)先定位于eisosome中。“但只有當(dāng)沒有可用的底物時(shí)，”Poolman解釋道。“如果我們添加正確的氨基酸，蛋白質(zhì)就會(huì)從eisosome移開，可能是因?yàn)樗诘孜锝Y(jié)合狀態(tài)下呈現(xiàn)出不同的構(gòu)象。”他的假設(shè)是，eisosomes保護(hù)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白免于回收。“蛋白質(zhì)在細(xì)胞中合成，然后通過胞吐作用轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上。但是，當(dāng)它們不在eisosome中時(shí)，這些蛋白質(zhì)會(huì)通過內(nèi)吞作用迅速被吸收。”因此轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被瞬時(shí)“儲(chǔ)存”在eisosomes中。當(dāng)細(xì)胞外存在適當(dāng)?shù)牡孜飼r(shí)，

擴(kuò)散

并非所有蛋白質(zhì)都存在于eisosomes中。Poolman說：“例如，我們注意到具有大細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的膜蛋白不能進(jìn)入它們。”他們提出，膜內(nèi)側(cè)的香蕉形蛋白質(zhì)阻礙了細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，阻礙了它們向細(xì)胞體的擴(kuò)散。

Poolman小組還評(píng)估了蛋白質(zhì)在酵母質(zhì)膜中擴(kuò)散的速度。他們觀察到這比哺乳動(dòng)物細(xì)胞或酵母細(xì)胞內(nèi)膜低約一千倍。“酵母質(zhì)膜更堅(jiān)硬。它可以承受相對(duì)高濃度的酒精或酸。這顯然會(huì)影響蛋白質(zhì)的擴(kuò)散。”

該研究的結(jié)果提供了對(duì)酵母細(xì)胞膜的功能的更好的了解，更具體地是對(duì)于eisosome島。他們還提供有關(guān)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的生物發(fā)生和運(yùn)輸?shù)男滦畔?，這些信息及時(shí)可以提高酵母的工業(yè)生產(chǎn)力。