Syntaxin 1A跨膜域棕榈酰化诱导融合构象的分子机制及其在神经递质释放中的作用

本期推荐：研究人员针对SNARE蛋白Syntaxin 1A（Stx1A）跨膜域（TMD）棕榈酰化如何调控膜融合的机制问题，通过粗粒化分子动力学模拟（MARTINI力场）发现：Stx1A双位点（C271/C272）棕榈酰化可使其TMD倾斜角减小，促进SNARE结构域（SND）直立构象，模拟t-SNARE复合体构象，从而解释其自发释放促进作用；晚期融合孔（FP）阶段，Stx1A棕榈酰化延缓脂质转移并减少FP flickering，揭示棕榈酰化在神经递质释放多阶段的调控作用。

　　

神经递质释放是大脑信息传递的核心过程，其关键在于突触小泡与质膜的融合，这一过程由SNARE（可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体）蛋白家族精密调控。其中，Syntaxin 1A（Stx1A）、Synaptobrevin 2（Syb2）和SNAP-25形成的三元复合体是融合的分子引擎。近年实验发现，Stx1A跨膜域（TMD）的棕榈酰化修饰（C²⁷¹/C²⁷²位点）会促进自发神经递质释放，但这一现象的分子机制始终成谜——棕榈酰化如何改变蛋白构象？又如何影响融合孔（FP）动态？这些问题对理解神经信号传递异常相关疾病（如癫痫、自闭症）至关重要。

为破解这一难题，研究人员采用粗粒化分子动力学模拟（MARTINI力场），系统研究了单个SNARE蛋白及t-SNARE（Stx1A-SNAP-25）复合体在膜环境中的构象变化。模拟发现：未修饰的Stx1A其SNARE结构域（SND）平铺于膜内表面，而双棕榈酰化后，TMD倾斜角减小，SND转为直立构象——这与天然t-SNARE复合体构象惊人相似！这一发现首次从结构角度阐明：棕榈酰化可能通过“预折叠”Stx1A构象，加速SNARE复合体组装，从而促进自发释放。

更精彩的是晚期融合阶段的发现。在模拟4个SNARE复合体桥接10纳米纳米盘与平面膜的“拉链”过程中，融合孔（FP）会经历“开放-闪烁（flickering）-闭合”的动态过程。数据显示，Stx1A棕榈酰化会延缓远端膜叶脂质转移，推迟FP开放，并显著减少FP闪烁时间；而Syb2棕榈酰化则无此效应。这表明Stx1A修饰在不同融合阶段有双重角色：早期促进复合体形成，晚期则稳定FP动态。

关键实验技术

1. 粗粒化分子动力学模拟（MARTINI力场）
2. 多体系构建：单个SNARE蛋白、t-SNARE复合体及4复合体跨膜桥接系统
3. 膜融合动态参数分析（TMD倾斜角、FP开放时间、脂质转移速率）

研究结果

1. 棕榈酰化诱导Stx1A构象重排：双棕榈酰化使Stx1A TMD倾斜角从40°降至20°，SND从平铺转为直立，模拟显示其棕榈酰链向胞外叶弯曲。
2. t-SNARE复合体构象模拟：棕榈酰化Stx1A的直立构象与天然t-SNARE复合体高度相似，提示其促进早期组装。
3. 融合孔动态调控：Stx1A棕榈酰化使FP开放延迟约300纳秒，并将FP flickering时间从15纳秒缩短至5纳秒。

这项研究首次揭示SNARE蛋白棕榈酰化修饰的“时空双效”机制：早期通过构象预调加速复合体组装，晚期则精细调控FP动态。这不仅为神经递质释放的分子开关提供了新见解，更为突触可塑性异常疾病的药物设计（如靶向Stx1A棕榈酰化位点）开辟了新思路。论文发表于《Biophysical Journal》，为膜融合领域树立了新的方法论标杆。