研究描述了细胞如何移动货物的缺失步骤

每当从细胞释放激素时，每当神经递质跳过突触以将信息从一个神经元传递到另一个神经元时，细胞必须经历胞吐作用。这是负责通过脂质包封的囊泡将细胞内容物运输到细胞表面膜然后通过膜融合掺入或分泌它们的过程。对这种蜂窝货物运输系统的见解赢得了三位美国人2013年的诺贝尔奖。现在，由宾夕法尼亚大学艺术与科学学院生物学教授魏国领导的一项研究已经确定了一种关键的激活机制，该机制导致囊泡融合到膜上。

“知道这个过程的步骤对许多生理过程很重要：内分泌学，神经传递，免疫反应，”郭说。“这是细胞生物学中的一个基本问题。”这项工作发表在Nature Communications杂志上。彭恩是Penn的前研究生，是该研究的主要作者。郭坤荣，郭少晓和朱悦尧的实验室是维也纳医科大学张玉波，约翰内斯莱斯冈和冈东的共同合作者。

胞吐作用包括称为SNARE的蛋白质的复杂舞蹈，囊泡上的v-SNARE和“靶”膜上的t-SNARES，在本研究中，它是细胞的质膜。v-SNARE和t-SNARE的相互作用允许囊泡与膜融合，这是卸载囊泡内容物的先决条件。

该领域的大部分研究都是在酵母细胞中完成的，酵母细胞是一种常用于研究胞吐作用的模型系统。已知酵母中的SNARE复合物在两个t-SNARE之间形成，它们一起形成与一个v-SNARE的复合物。但在此之前，其中一个t-SNARE，syntaxin，倾向于形成所谓的自动抑制构象，本质上是一个封闭的门阻止它与其他t-SNARE交互。郭及其同事试图找出这个“门”究竟是如何打开的，以使SNARE复合物完全组装，使囊泡能够与质膜融合。

“这种自我抑制是细胞克服的一个很大的障碍，”郭说，“如果你想到一个像激素分泌这样的过程，这个过程会在几秒钟内发生，那么就必须有一些东西可以加速这个过程。”

这个谜团需要多年才能让郭和他的团队解决。他们首先缩小了囊肿，这是一种蛋白质复合物，在融合发生之前将囊泡束缚到膜上。在筛选出exocyst蛋白复合物的8个亚基以观察是否与起作用的syntaxin相互作用时，他们发现了一个：Sec3。

当研究人员将Sec3与syntaxin混合，然后添加了与syntaxin结合的其他t-SNARE时，他们发现它显着加速了绑定。他们还发现它的相互作用是短暂的; 它几乎像一种酶，催化反应然后离开。他们还证实Sec3 使用化学重建的脂质系统加速了膜融合。

研究相互作用的晶体结构使团队能够确定Sec3能够在自动抑制的t-SNARE的“铰链”处松弛一个α螺旋，打开它。

“在与Sec3结合后，自动抑制得到了缓解，”郭说。“然后其他t-SNARE迅速组装SNARE复合体。”

研究人员创造了Sec3突变体，发现酵母细胞无法完全完成胞吐作用。用于质膜的囊泡反而积聚在细胞内部。

此外，研究人员确定Sec3的一部分负责融合，而另一部分参与囊泡对接。突变Sec3的不同域导致一个缺陷或另一个缺陷。

在未来的工作中，郭的实验室着眼于研究如何在膜融合中使用exocyst的其他亚基，并更深入地了解Sec3如何被控制以启动融合过程。