读创/深圳商报首席记者
吴吉
通讯员魏志毅付文卿
细胞有虽小，却有一个神奇的“物流系统”，一旦细胞内物质运输体系发生紊乱，则会引发各类疾病。那么，细胞的“物流系统”是如何运转的呢？近日，南方科技大学生物系副教授魏志毅课题组与余聪课题组合作在ScienceAdvances上发表论文，揭示了细胞内广泛存在的分子马达蛋白所介导的物质运输的新机制。
细胞虽小，却隐藏着巨大的奥秘。细胞中制造的大量蛋白质、激素、神经递质等“货物”需要在各种细胞器之间运转，有的甚至要运送到细胞外去。细胞如何组织它的“物流运输系统”，是个复杂的生物学基本问题。
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据介绍，类似现实世界中复杂的物流系统，细胞内物质的运输及分配也需要进行严格的时空调控，保证“货物”可以在准确的时间被输送到指定的地点，发挥特定的生物学功能，这是维持细胞正常生长、增殖、分裂、分化等生命活动的重要基础。细胞内物质的有序运输，依赖于细胞骨架和分子马达蛋白二者相互配合来完成。前者相互交叉形成网络，分布于整个细胞中，为细胞内各类物质转运提供轨道；而后者则是胞内物质运输的直接承载者，负载货物行走于细胞骨架构成的轨道上，将货物运送到特定区域。一旦细胞内物质运输体系发生紊乱，则会引发各类疾病。研究表明，多种神经退行性疾病，如阿尔兹海默症、亨廷顿舞蹈症等，都与神经元轴突中分子马达蛋白介导的物质运输受阻有关。同时，糖尿病，肿瘤和心血管类疾病的发生也都与胞内囊泡运输失调息息相关。因此，对分子马达蛋白介导的胞内物质运输的机理研究一直是生命科学领域的热点。
V型肌球蛋白是发现最早也是最具代表性的在微丝细胞骨架上行走的运输型肌球蛋白，对其结构和功能的研究一直引领着对于整个肌球蛋白家族功能的理解。魏志毅、余聪的研究以人体中一类常见的V型肌球蛋白（MyoVa）作为研究对象，发现一种细胞骨架解聚因子MICAL1可以直接结合MyoVa，并与MyoVa共定位于细胞分裂中间体（一种决定细胞分裂的重要细胞器）。
进一步的细胞实验显示，MICAL1招募MyoVa并调控其运输的货物囊泡成功卸载于中间体区域，为细胞分裂提供所需的信号分子和膜组分。通过结构生物学分析，该研究团队发现微丝细胞骨架解聚因子和聚合因子可以竞争性地与MyoVa相结合，并通过控制MyoVa行走轨道的组装和去组装，对MyoVa的货物运输进行调控，这一发现得到了生物化学和细胞生物学多种方法的验证。
根据这些研究发现，文章提出了V型肌球蛋白的货物运输新机制——在“货物”转运的起点，V型肌球蛋白招募细胞骨架聚合因子来“铺路”并启动运输；到达目的地后，微丝解聚因子通过竞争结合V型肌球蛋白,促使细胞骨架聚合因子离开，同时进行“拆路”，终止V型肌球蛋白的运输从而卸载“货物”。该研究首次提出分子马达蛋白可以在不同的时间和地点，通过竞争性招募不同的行走轨道调节因子，进而控制其行走轨道的动态变化来调控“货物”的准确装载、运输和卸载，对胞内物质运输的时空调控提供了一种全新的思路。
审读：谭录岗
