理解内质网在细胞回收中的角色
在细胞内，有一 vast network of channels 称为内质网（ER），由膜结合的管道组成，这些管道在必要时可以部分溶解，例如在营养匮乏期间。在此过程中，膜可以向外膨胀，最终 pinching off 被细胞回收。法兰克福歌德大学的科学家最近进行的一项研究，通过计算机模拟探讨了这一膨胀过程，揭示了内质网膜中蛋白质的特定结构特征对这一机制至关重要。这项研究是“SCALE——生命的亚细胞结构”计划的一部分。
内质网具有多种功能，包括储存钙和碳水化合物，以及生产各种激素。细胞可以根据需要调整其内部管道系统的生长和相互连接。这个调整的一个重要部分是一个称为ER-phagy（“ER吃”）的过程，其中内质网膜的一部分向外膨胀，最终形成一个小泡。同时，一个自噬体，类似于内部的“垃圾袋”，围绕小泡形成。这个结构随后与一个充满高活性酶的腔室融合，这些酶分解并回收“垃圾袋”的内容物。
“我们已知道好几年，特定的蛋白质，被称为ER-phagy受体，对于这一过程至关重要，”法兰克福歌德大学生物化学II研究所的拉马昌德拉·巴斯卡拉博士说道。这些受体存在于内质网膜中并拥有一个锚，嵌入其中，两个长的蛋白链从膜上伸出，像柔韧的触手。“通过在超级计算机上进行复杂的模拟，我们最近与其他研究团队一起证明，这个锚会导致膜的弯曲，”巴斯卡拉解释说。他补充道，“在某些情况下，这可能导致膨胀的形成。我们当前的研究表明，这种丝状结构增加了形成这种膨胀的概率，并显著加速了这种膨胀的产生。”
蛋白质从氨基酸创造无序的“触手”
大多数蛋白质在合成后会形成特定的三维形状：某些区域形成扭曲的螺旋结构，而其他部分则像风琴风箱一样来回折叠。这导致了一个紧凑且相对刚性的配置，这对于ER-phagy受体的锚部分也是如此。然而，触手由长的氨基酸链组成，这些氨基酸链以相对混乱的方式运动，因此被称为“内在无序（蛋白质）区域”或IDRs。这些广泛的运动需要空间，而它们通过推动膜向外生成这样的空间。“一个额外的因素，”主要作者塞尔吉奥·亚历杭德罗·波韦达·库埃瓦斯博士强调，“是IDRs具有在特定条件下可以折叠回去的短段。我们证明了这种折叠发生在膨胀形成期间，使它们能够像支撑结构一样与膜贴合，增强其弯曲。”
挤压的过程涉及几个精确协调的动作，模拟阐明了这一点：最初，各个ER-phagy受体的锚区域聚集在一起。这个聚集加高了受体所造成的膜的曲率。最初，IDR触手伸出，与自噬机制接触，以引导其朝向膜。然后，IDRs收缩成更紧密的结构，进一步增强膨胀，直到膜最终被挤压，封装在自噬体（“垃圾袋”）内。
研究可能为某些疾病提供治疗信息
“除了对这一关键的细胞过程提供深刻的见解，我们的研究强调了受体IDRs在确保平稳操作中的重要作用，”巴斯卡拉解释道。这些发现尤其值得注意，因为有些遗传性神经疾病与ER-phagy的干扰有关。对膜降解过程的改进理解可能最终允许进行针对性的干预。
这项研究得到了德国研究基金会（DFG）在协作研究中心1177下和由黑森州科学、研究、艺术和文化部资助的ENABLE集群倡议的支持。
