Nature：吻完就跑的胞膜窖

　　

生物通报道：细胞的内吞作用是常见的一种现象，它所形成的内吞体是内膜系统中的一员。在以前我们很多时候认为这些内吞小泡只是起到一种物质运输的作用，随着高通量RNAi技术的发展人们开始注意到内吞作用与信号转导间的相互联系。

 提到信号转导，那么就不得不提激酶（kinase）。在我们的身体中有许多化学修饰作用，它们使我们的身体发生各种变化，包括有甲基化、乙酰化、糖基化等等。在细胞周期、调亡等生命过程中还有一个重要的修饰作用就是磷酸化，它常常起到一个开关的作用，使蛋白激活或被抑制，使生命的信号一步步传递下去，激酶就是行使磷酸化功能的酶。

 那么内吞作用和信号转导到底是怎样的关系呢？我在这里举一个例子：内吞作用对LDL，也就是低密度脂蛋白的运输过程。

 LDL颗粒运输是经典的受体介导内吞作用。LDL颗粒与质膜上LDL受体相结合，通过网格蛋白（clathrin）包被形成小窝（pit），随后LDL以内吞体（endosome）的形式进入到内膜系统中进行下一步的工作。在这里网格蛋白和受体都是可以重复利用的。

 在最近Nature发表的一篇文章上对另一种蛋白——窖蛋白（caveolin）介导的内吞作用进行了详细的研究。这项研究结果是由来自德国分子生物学和遗传学Max Planck研究机构（MPI）的Lucas Pelkmans带领的研究小组完成的，他们还同时完成了另一项实验成果对基因组范围的激酶在内吞作用中起到作用进行了系统的研究，详细信息可以看之前的报道：Nature利用RNAi对人类激酶大盘点。

 胞膜窖（caveolae）是1953年由Palade在电子显微镜下发现的，两年后，Yamada将其命名为Caveolae，用以描述这种细颈瓶状的细胞膜内陷。胞膜窖是细胞膜上特定的，直径约50-100nm的微区域（microdomain），富含胆固醇、鞘磷脂（sphingomyelin）和鞘糖脂（glycosphingolipids），形成一个去垢剂不溶性的膜区域，并且以存在窖蛋白分子为特征；它们也可以在细胞膜上或平铺，或管状，或形成分离的小泡，并且融合成>100nm的结构。

A 胞膜窖在质膜上的形成，从这个角度无法观察到窖蛋白

B 像刻上一个“卷心菜”花纹的是包被了窖蛋白的胞膜窖，右上角是包被网格蛋白的内吞体

 至今已克隆到窖蛋白基因家族中的三个成员：caveolin-1（两种变异体α和β），caveolin-2和caveolin-3（以前称为M-cavoelin）。在这个实验中涉及到的是第一种：CAV-1。

在这篇文章中主要利用了三个技术：定量全内反荧光显微镜（quantitative total internal reflection fluorescence microscopy, TIR-FM），电脑辅助分析和利用RNAi对基因组功能研究。首先构建CAV-1蛋白与绿色荧光蛋白（GFP）在人宫颈癌细胞（Hela）嵌合表达的载体。通过对计算机对细胞内荧光分布密度进行计算，估计每单个CAV1-GFP大小为50nm。在对荧光密度进行分析时研究人员发现了一种非常奇怪的“吻完就跑”（kiss-and-run）现象。有一些胞膜窖是比较稳定的成簇分布在膜上，随时准备着进行下一步运输；但是还有大约45％的胞膜窖是处于一种微妙的动态平衡状态，也就是吻完就跑状态。这些胞膜窖上的鞘磷脂等成分并不会融合到膜上，它与质膜的结合仅限于吻一下，没有物质的交流，然后又迅速从膜上脱离。

随后研究人员又利用RNAi技术对在这个过程中所涉及到的六种激酶进行了沉默。这六种激酶的作用分别是：调节包被平衡（ARAF1），胞膜窖成簇（SRC, MGC26597），吻完就跑的动态平衡（KIAA0999,MAP3K2）和长途循环（DYRK3）。

 上图展示了胞膜窖的运输模型，研究人员总结出了三条新的规律：

1 每个胞膜窖大概有144±39摩尔的CAV1蛋白。

2 没有参与运输的胞膜窖大概有一半被储存在膜上，成簇的分布；而另一半则处于短暂与膜结合－分离的状态，这种吻完就跑的模式并没有使胞膜窖和质膜进行膜的交换。

3 有分子可以激活胞膜窖，使它从短途循环变成长途循环，进入到内膜系统中。KIAA0999, MAP3K2和 DYRK3被认为在短途变长途中起作用，这其中涉及的变化可能包括细胞骨架肌动蛋白的变化和依赖微管流动性的激活
这种运用到结合了定量全内反荧光显微镜和RNA干扰的研究模型有助于我们对内吞作用的相关细节进行更深的研究。

这次Pelkmans利用RNAi技术对人类的整个与内吞作用相关激酶进行了研究，可以说是激酶组研究领域的新突破。现在除了基因组，我们还有蛋白质组、RNA组，面对这个新的激酶组让我感慨万分。请继续留意明天我们的专题栏目：看生物·通天下，让我们一起“组”酒论英雄(生物通记者 谢菲)。