PNAS：细胞如何消化其内部管道系统

在细胞内部，存在着一个被称为内质网（ER）的广泛的管道系统，它由膜包裹的管道组成，在需要时，例如在营养缺乏的情况下，这些管道会被部分分解。作为这个过程的一部分，膜上形成凸起或突出物，然后被挤压掉并被细胞循环利用。法兰克福歌德大学的一项研究使用计算机模拟检查了这一突出过程。其发现：内质网膜中蛋白质的某些结构基序在这一过程中起着核心作用。这项研究是作为“SCALE -生命亚细胞架构”集群倡议的一部分进行的。

　　

内质网是钙和碳水化合物的储存库，也是各种激素合成的场所。细胞根据需要调整其内部管道系统的扩张和网络。一个被称为er吞噬（ER-eating）的过程在这里起着核心作用。在这个过程中，内质网管的一部分膜凸出，最终挤压成一个小泡。与此同时，一种内部的细胞“垃圾袋”——自噬体在它周围形成。然后与另一个装有高活性酶的容器融合，将“垃圾袋”中的内容物“撕碎”并回收利用。

歌德大学生物化学II研究所的Ramachandra Bhaskara博士解释说：“几年来我们已经知道，被称为er吞噬受体的特定蛋白质在这一过程中起着关键作用。”这些受体位于内质网管的膜中，由一个插入膜中的锚组成。附着在这个锚上的是两条长长的蛋白质链，它们从膜表面向外延伸，就像柔软的触手。“通过在超级计算机中进行复杂的模拟，我们最近能够与其他研究小组一起证明，锚会导致膜弯曲，”Bhaskara说，并补充说，“在某些条件下，这可能导致膜突出。”在目前的研究中，我们已经证明，丝状结构增加了这种隆起形成的可能性，并显著加速了这种隆起的形成。”

蛋白质由氨基酸形成无序的“触手”

大多数蛋白质在被制造出来后都采用了明确的三维形状：一些部分形成盘绕的螺旋结构，而另一些则像手风琴的风箱一样来回折叠。这使它们具有紧凑、相对刚性的形式，这也适用于ER吞噬受体的锚定区域。然而，触角是由氨基酸长链组成的，它们以一种很大程度上无序的方式来回振荡——这也是为什么它们被称为“内在无序（蛋白质）区域”或简称IDR。这些广泛的运动需要空间，它们通过使它们所固定的膜膨胀而产生空间。“除此之外还有另一种影响，”该研究的第一作者塞尔吉奥·亚历杭德罗·波韦达·奎瓦斯博士强调说：“idr含有短序列，在某些条件下可以折叠。我们能够证明它们在凸起形成的过程中是这样做的。然后它们像支架一样依偎在膜上，从而加强了膜的曲率。”

因此，掐断是各种精心安排的过程的结果，正如模拟所证明的那样：最初，各种er吞噬受体的锚定区域相互靠近。这种聚集增加了由受体引起的膜的曲率。最初，IDR的触角被延伸。它们与自噬机制接触并将其引导到膜上。然后，idr凝聚成更紧密的结构，进一步增强鼓包，直到膜被挤压，囊泡被包装在自噬体（“垃圾袋”）中。

研究结果可能对某些疾病的治疗很重要

Bhaskara解释说：“除了提供对这一重要细胞过程的详细了解外，我们的研究还表明受体idr在确保顺利运作方面起着至关重要的作用。”这些结果特别有趣，因为一些先天性神经系统疾病与er吞噬破坏有关。对膜降解过程的更好理解可能有一天会使有针对性的操作成为可能。

该研究由德国研究基金会（DFG）在1177合作研究中心框架内资助，并由黑森州科学研究、艺术和文化部资助的ENABLE集群项目资助。