近日，精密測量院楊俊研究團(tuán)隊與華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授馬聰合作，利用固體核磁共振和膜融合實驗手段揭示了SNARE復(fù)合體在磷脂膜環(huán)境中的組裝機(jī)制（圖1），對理解細(xì)胞生命活動中的膜融合過程具有重要意義，相關(guān)研究成果發(fā)表于化學(xué)類綜合性期刊《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.）。

　　SNARE復(fù)合體在去垢劑和磷脂膜環(huán)境中不同的組裝機(jī)制

　　膜融合過程在生物體內(nèi)的多種生理活動中普遍存在，大多數(shù)有效并可控的膜融合過程是由SNARE蛋白之間的協(xié)同作用所介導(dǎo)的。在神經(jīng)元中，三個SNARE蛋白Synaptobrevin-2 (Syb-2)，Syntaxin-1 (Syx-1)和SNAP-25組裝成SNARE復(fù)合體，驅(qū)動突觸囊泡和質(zhì)膜融合以釋放神經(jīng)遞質(zhì)。盡管前人在SNARE復(fù)合體結(jié)構(gòu)和功能的研究方面均取得了重大進(jìn)展，但是SNARE復(fù)合體在膜融合過程中的組裝機(jī)制仍然存在諸多爭議。其中爭議較大的是SNARE所介導(dǎo)的膜融合過程是否需要SNARE復(fù)合體從N端一直組裝到跨膜區(qū)域的C末端。

　　固體NMR可在磷脂膜環(huán)境中對膜蛋白的結(jié)構(gòu)和動態(tài)進(jìn)行探究。SNARE復(fù)合體的組裝可分為多個階段，每個階段都與特定的膜融合步驟相關(guān)。在本研究中，研究者通過構(gòu)建磷脂膜環(huán)境中的復(fù)合體I、II和III以模擬SNARE復(fù)合體介導(dǎo)膜融合過程中的三個組裝階段：復(fù)合體I、II、III均由全長的Syb-2和SNAP-25蛋白參與組裝，但是含有不同氨基酸序列長度的Syx-1蛋白，即通過改變Syx-1蛋白的氨基酸序列長度，調(diào)控SNARE蛋白組裝的終點，以制備處于不同組裝階段的樣品。最后，利用固體核磁共振表征Syb-2蛋白在不同組裝階段中構(gòu)象和動態(tài)的變化，揭示磷脂膜環(huán)境中SNARE復(fù)合體的組裝機(jī)制。

　　該研究基于固體NMR和膜融合實驗的研究結(jié)果，提出了SNARE復(fù)合體在磷脂膜環(huán)境中的組裝機(jī)制：SNARE復(fù)合體從N端組裝到靠近磷脂分子層的C端，加速囊泡與質(zhì)膜的靠近，并將機(jī)械力和能量傳遞到外膜界面。而后，松散組裝且高度動態(tài)的跨膜區(qū)域會擾動其周邊磷脂的排布，從而誘發(fā)囊泡與質(zhì)膜的內(nèi)膜發(fā)生接觸并促進(jìn)內(nèi)膜融合。該研究顯示SNARE復(fù)合體在磷脂膜環(huán)境中和去垢劑環(huán)境中存在不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，證明了磷脂膜環(huán)境對SNARE復(fù)合體結(jié)構(gòu)和功能的重要調(diào)控作用。

磷脂膜環(huán)境中SNARE復(fù)合體的組裝機(jī)制

　　該研究以“Structural Mechanism of Soluble N-ethylmaleimide-sensitive Factor Attachment Protein Receptor (SNARE) Complex Assembly in Lipid Bilayers Revealed by Solid-state NMR”為題在線發(fā)表，精密測量院為該工作的第一完成單位，精密測量院博士后張艷和華中科技大學(xué)博士胡亞茹為論文的共同第一作者。教授馬聰和研究員楊俊為論文的共同通訊作者。

　　該研究得到了國家科技重大專項和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

　　論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00764