研究显示细胞如何形成囊泡运输货物如生长因子
细胞有一个聪明的方式运输货物,如生长因子在细胞膜,进入细胞。它被称为clathrin-mediated内吞作用。网格蛋白的蛋白质分子聚集在里面的细胞膜,他们变形的膜从外面看起来像一个坑。
它充满了货物之后,坑形成clathrin-coated捏,包围的细胞内囊泡,然后适当的目的地。在培养细胞,数以百计的这些clathrin-coated囊泡形成的每一分钟。
然而,冲突的模型存在这些囊泡是如何组装,这使得一个关键的知识差距。一个模型是常曲率模型,同时曲率诱导与网格蛋白聚合。flat-to-curved过渡模型,另一个说,一个平面晶格内部网格蛋白分子第一次组装的细胞膜,后跟一个构象变化形成clathrin-coated坑和囊泡。
证据表明这两种模型可以看到通过电子显微镜,但这些是静态快照的固定细胞,不显示实际的纳米级动力学和clathrin-mediated内吞作用的可能途径。
现在Alexa Mattheyses和同事伯明翰阿拉巴马大学和埃默里大学填补知识空白,使用一个复杂的荧光显微镜成像显微镜称为明星。这允许他们遵循clathrin-coated囊泡形成活细胞从开始到完成,超过时间100秒。
他们的研究发表在《华尔街日报》自然通讯,支持所谓的灵活模式clathrin-coated囊泡的形成,其中包括常曲率和flat-to-curved过渡路径。
“我们展示了网格蛋白积累优先同步曲率的形成在短寿clathrin-coated囊泡,但在长期偏爱flat-to-curved过渡clathrin-coated囊泡,“Mattheyses说,阿拉巴马大学的副教授的细胞,发育生物学和整合。”在一起,我们的研究结果提供实验证据支持灵活的内吞作用模型,单个模型的曲率形成不能包含细胞内吞作用动力学的异质性。”
同时Two-wavelength轴Ratiometry或明星,基于全内反射荧光显微镜,或TIRF显微镜,允许可视化荧光标记的蛋白质在质膜或接近,距离约为100到200纳米。在明星显微镜,蛋白质贴上两个具有不同激发波长的荧光团利用wavelength-dependent穿透深度的隐失场。结果是一种能够同时解决蛋白质积累,以荧光强度来衡量,从质膜和距离,以这两种荧光团的荧光强度比。距离,代表纳米z分布是一个曲率测量在当前的研究中。
使用猴肾成纤维细胞,Mattheyses和同事贴上的网格蛋白CLCa轻链与激发波长的荧光团488和647纳米。然后他们刺激表皮生长因子诱导的细胞内吞作用。定量分析使用阿拉巴马大学Cheaha超级计算机导致1948年CLCa-STAR积累来自13个细胞。
他们发现的证据三个曲率模型初始化:成核,在曲率开始不到一秒钟,然后形成网格蛋白的外表;常曲率,曲率开始形成网格蛋白1到4秒后到达;和flat-to-curved过渡,曲率网格蛋白积累超过4秒后开始。
进一步分析数据,研究人员分组基于网格蛋白的内吞作用的事件的有生之年,囊泡形成的模型。这揭示了有趣的特性。
“我们发现,短期内吞作用的事件,不到20秒,主要通过常曲率模型,形成更长时间事件——超过20秒——赞成flat-to-curved过渡,“Mattheyses说。“成核事件的比例是越来越喜欢短暂的事件。”
测试是否灵活的模型clathrin-mediated内吞作用可能是普遍的在不同细胞系,研究人员还成像人类脐静脉内皮细胞,刺激血管内皮生长因子刺激内吞作用。他们找到了一个相似的范围内吞作用的事件。
“这些数据显示,此前未被欣赏的异质性clathrin-mediated clathrin-coated泡形成的内吞作用动力学和可塑性,他们显示不同的细胞类型或货物可以使用这种灵活性影响弯曲形成的模式,“Mattheyses说。“未来的研究使用明星显微镜将定义如何招聘辅助蛋白质和生物物理参数的作用导致囊泡形成和不同网格蛋白信号传导和细胞内稳态动力学影响。”
的合著者研究”成像囊泡形成动力学支持灵活的模型clathrin-mediated内吞作用,”托马斯j . Nawara,燕西d·威廉姆斯II, Tejeshwar c . Rao和伊丽莎白Sztul阿拉巴马大学的细胞,生物发育与综合;Yuesong胡锦涛和哈立德Salaita,埃默里大学化学系,亚特兰大,乔治亚州。
Mattheyses和Salaita发达明星显微镜在埃默里在2015年。Mattheyses一直在与TIRF显微镜自从她博士工作在密歇根大学的丹尼尔•阿克塞尔罗德博士,被许多人认为技术的先驱。
参考:Nawara TJ,威廉姆斯码,饶TC, et al .成像囊泡形成动力学支持灵活的模型clathrin-mediated内吞作用。Nat Commun。2022;13 (1):1732。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 29317 - 1
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