膜转换中的平衡作用 将胞吞作用与膜再循环联系起来的酶

所有细胞都有表面膜，这种膜在人体眼睛的光敏细胞中尤为重要。在你眼中是数以百万计的光感受器 - 神经细胞捕捉光线，形成你周围世界的图像。这些神经细胞的表面膜上充满了视紫红质，一种检测光的蛋白质。这些是眼睛的光敏膜，它吸收光线以触发引起视觉感觉的神经。

一旦被光触发，表面膜上的视紫红质分子必须“重置”以再次感测光，这是在细胞内发生的过程。这需要将视紫红质移入细胞并“重置”视紫红质再循环回到表面上。因此，为了正常工作，这些电池中的光敏膜经历不断循环以恢复它们携带的光检测器。

来自班加罗尔国家生物科学中心(NCBS)和英国Babraham研究所的科学家最近发现了一种对于适当的膜回收至关重要的关键因素。研究人员利用果蝇眼的光敏膜作为模型系统，发现磷脂酶D或PLD酶是膜回收维持正常视力所必需的。

视紫红质分子的重置开始于称为内吞作用的过程，其中细胞将其表面膜的一部分夹到称为内体的结构中。这些内体中的视紫红质最终再循环回细胞表面，用于进一步的光检测事件。由于感光器的灵敏度取决于它在其表面上有多少视紫红质分子，因此这些细胞中的膜更新对于保持正常视力至关重要。

“您可以将内吞作用和膜再循环视为膜转换过程的两个臂，”NCBS的Raghu Padinjat说。“两者之间需要保持平衡，否则膜的大小会缩小 - 这种情况可能导致眼睛视网膜变性。这实际上可见于遗传性遗传病，一种名为Best的黄斑变性的罕见疾病。 ，“他补充说。

然而，内吞作用与维持光敏表面膜的最终回收过程之间的联系目前尚不清楚 - 直到现在。来自NCBS的Padinjat实验室和英国Babraham研究所的一项合作研究发现，一种名为Phospholipase D或PLD的着名酶在将内吞作用与膜回收联系起来中起着重要作用。

利用果蝇感光细胞作为模型系统，研究小组发现，当这些细胞暴露在光线下时，PLD开启，其活性对于内吞作用与视紫红质再循环回细胞表面至关重要。

在其光感受器中缺乏PLD的突变果蝇中，内吞作用过程与膜再循环无关。当连续暴露于光线时，突变体苍蝇中光感受器的细胞表面逐渐收缩，视紫红质水平降低，使其对光的敏感性逐渐降低。没有PLD活动，视网膜逐渐退化，突变果蝇失明。

Padinjat的团队选择使用果蝇眼作为模型系统，因为它具有许多研究膜周转的理想特征。这是因为果蝇光感受器的光敏部分高度膨胀，形成一种叫做弹状体的结构。当暴露在光线下时，可以通过电子显微镜清楚地观察到该膜尺寸的变化。此外，由于系统的遗传易处理性，研究人员能够清楚地将PLD鉴定为调节膜转换的必要成分。

“PLD酶将一种叫做磷脂酰胆碱的分子转化为磷脂酸或PA，这与膜转换有关。但PA也是由其他酶产生的，我们的研究最终表明PA调节膜转换是由PLD产生的，”来自Padijat小组的研究员Rajan Thakur和eLife杂志上的一篇出版物的主要作者报告了这些结果。

尽管在膜转换过程中确定了一个关键参与者，但Padinjat的团队认为需要更多的差距才能理解这一现象。例如，该工作表明光感受器中的PLD活动是光激活的，但是如何发生这种情况仍然没有得到解决。

“光感受器，视紫红质在膜表面，当细胞表面被照射时可以检测到光。但PLD，也是光激活的，在细胞内的某个地方。那么如何传达感知光的信息PLD让它被激活?“ 塔库尔问道。“我们还需要填写关于PA如何影响膜回收和周转过程的空白。我们的发现在膜周转过程中提出了更多的问题，”他补充道。

但是这项研究的结果并不仅限于眼睛的光敏膜中的膜更新。膜转换是维持细胞表面积的关键机制。在具有扩张的细胞表面的细胞中，例如衬在肺部气道或肠道的营养吸收细胞中的细胞表面，保持细胞表面积对于它们的正常功能是必不可少的。即使是细胞迁移等过程也会产生广泛的内吞作用和必须严格监管的膜回收事件。

“因此，无论细胞类型是什么，都需要有内吞作用与细胞膜再循环相结合的机制，”Padinjat说。“这就是我们工作的重要性 - 我们定义了细胞膜大小受到调节的机制，”他补充道。