紧跟诺奖热点，Science揭示细胞生物学长期谜题

　　

生物通报道  2013年，James E. Rothman、Randy W. Schekman与Thomas C. Südhof因发现了维持细胞过程的一个主要运输系统——囊泡运输的分子机器而获得了诺贝尔生理学或医学奖（延伸阅读：深度解读2013诺贝尔奖：囊泡运输的调控机制）。

囊泡运输是细胞中的一种“送货上门服务”。囊泡包装着蛋白质和激素一类的物质，将它们从一个细胞器递送至另一个细胞器处。然后通过与靶细胞器膜融合释放出它的内容物。在神经元通讯中神经元释放神经递质就是囊泡运输的一个典型例子。三位诺贝尔奖得主发现了囊泡运输的一些关键蛋白：N-乙基马来酰亚胺敏感因子(NSF)、可溶性NSF附着蛋白(α-SNAP)和可溶性SNAP受体(SNAREs)。

SNARE蛋白被称作是膜融合的最小机器。为了诱导膜融合，这些蛋白质结合形成SNARE复合物四螺旋束结构，NSF和α-SNAP可以拆解SNARE复合物进行重复利用。具体说来，NSF可以结合能源分子：三磷酸腺苷(ATP)，结合ATP的NSF通过分解ATP而形成内张力。这一过程被用来给SNARE复合物施加巨大的压力，最终将它们拆开。然而，尽管从诺奖得主获得研究发现至今已过了大约30年，由于缺乏研究方法NSF/α-SNAP拆解SNARE复合物的机制对科学家们而言仍然是一个谜题。

在发表于3月27日《科学》（Science）杂志上的一项研究中，由韩国先进科学与技术研究所(KAIST)物理学系的Tae-Young Yoon，以及马克斯普朗克生物物理化学研究所神经生物学系的Reinhard Jahn领导的一个研究小组，报告称利用各种单分子生物物理学方法揭示出了NSF/α-SNAP拆解单个SNARE复合物的过程。

Yoon说：“我们了解到，在一步的整体去折叠反应中NSF在20毫秒内爆发性地释放出能量，‘撕开’了SNARE复合物，紧接着释放出SNARE蛋白。”

以往，人们认为NSF是以一种连续的方式解开SNARE复合物由此拆解它。并且，很大程度上无法解释需要多少次的ATP水解，以及如何将多次的ATP水解与拆解SNARE复合物联系起来。

Yoon说：“在我们的研究中，我们发现NSF要求水解的是在它连接SNAREs之前就已经结合的ATPs，这意味着只要一轮的ATP周转就足以拆解SNARE复合物。这有可能是NSF通过累积来自个别ATPs的能量并一次释放它，产生了一个‘弹簧’机制来分解了SNARE复合物。”

NSF是AAA+ ATPase（ATPases associated with various cellular activities family）蛋白超家族成员，这一家族对于许多细胞功能如DNA复制和蛋白质降解、膜融合、微管切割、过氧化物酶体生成、信号转导以及表达调控至关重要。探究人员为研究对于各种生物至关重要的AAA+ ATPase蛋白添加了有价值的新见解，并提供了一些新提示。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

 "Spring-loaded unraveling of a single SNARE complex by NSF in one round of ATP turnover." (DOI: 10.1126/science.aaa5267)