人源Stomatin复合体形成膜微结构域的分子机制及其在机械传感与肾病综合征中的作用

本期推荐：研究人员通过2.2?冷冻电镜解析人源Stomatin复合体在天然膜环境中的16聚体环状结构，揭示其通过N端螺旋锚定膜脂、C端β-桶形成疏水孔道的分子组装模式。该结构阐明Stomatin通过创建曲率抵抗性膜微域调控膜机械特性，为理解遗传性口形红细胞增多症和肾病综合征（Podocin突变相关）的发病机制提供新视角。

　　

细胞膜不仅是静态屏障，更是能动态响应机械力的智能界面。Stomatin家族蛋白（包括Podocin、STOML3和线虫MEC-2等）长期被认为通过形成膜微域调控膜刚度与离子通道功能，但其分子机制悬而未决。尤其当Podocin突变导致儿童肾病综合征、MEC-2缺陷影响线虫触觉时，这些疾病与Stomatin结构功能的关系更显扑朔迷离。

为破解这一难题，研究人员采用天然膜囊泡结合冷冻电镜技术，首次解析人源Stomatin复合体2.2?高分辨结构。研究发现Stomatin通过16个亚基组装成直径12nm的环状笼形结构，其N端H1/H2螺旋与SPFH1结构域（Stomatin/Prohibitin/Flotillin/HflK/C结构域）疏水面锚定膜脂，形成曲率抵抗性平面微域。最惊人的是C端区域：尽管序列相同，亚基通过交替构象（Conformer A/B）形成局部C8对称的β-桶疏水孔道（直径1.8nm），而整体维持C16对称。这种"对称破缺"的架构通过保守盐桥网络（如E59-R70、R205-E262等）稳定，其中多个关键残基与Podocin致病突变位点对应。

关键技术包括：1）HEK293S GnTI^-细胞表达ALFA标签标记蛋白；2）天然膜囊泡分离技术保留脂质环境；3）300 keV Titan Krios冷冻电镜采集9026组超分辨数据；4）C8/C16对称性分级优化重构策略。

【Cryo-EM结构揭示16聚体寡聚体】

冷冻电镜重建显示Stomatin形成高16nm、宽10nm的环状组装体，每个亚基含N端无序区、膜嵌入螺旋（H1/H2）、SPFH1/SPFH2结构域及C端β-桶。Conformer A以α-螺旋终止，Conformer B以环状结构终止，这种交替排列产生中央疏水孔。

【膜互作与机械特性调控】

H1/H2螺旋半嵌入膜外层，结合SPFH1疏水面形成刚性锚点。在12.5-53.2nm曲率囊泡中，复合体下方膜始终保持平坦（仅1.9?形变），证实其创建力学隔离微域的能力。三处棕榈酰化位点（C30/C53/C87）与Podocin突变热点（如C124W）对应，提示脂质修饰的功能重要性。

【保守盐桥稳定寡聚体】

四级分层分析揭示盐桥网络：层I的E59-R70、层II的R205-E262等相互作用形成静电稳定框架，这些位点在Podocin中对应肾病相关突变（如R138P/D160G）。

【β-桶形成疏水门户】

16条β链通过F269等残基的交替朝向构建不对称孔道，末端P270/P272脯氨酸转折决定亚基构象分化。未解析的C端尾可能动态调节孔径，潜在影响分子通透性。

该研究颠覆了传统认知：1）首次证明Stomatin通过刚性笼形结构物理隔离膜微域，而非依赖胆固醇结合；2）揭示对称破缺的β-桶是SPFH家族共性（如Flotillin、HflK/C），但Stomatin通过单基因编码双构象实现复杂性；3）为Podocin突变致肾病综合征提供结构解释——破坏性突变（如W122S）可能瓦解寡聚体膜支架功能。未来研究可探索Stomatin如何与TRPC6、ASICs（酸敏感离子通道）等膜蛋白协同作用，以及OB-1等小分子调控STOML3寡聚化的精确位点。这些发现为膜机械传感紊乱相关疾病的靶向干预开辟新途径。