內(nèi)吞是將細(xì)胞外或細(xì)胞膜上的物質(zhì)通過細(xì)胞膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞的囊泡運(yùn)輸過程。內(nèi)吞后的貨物被運(yùn)送到早期內(nèi)體進(jìn)行分選。其中，約70%至80%的內(nèi)吞后的受體、通道蛋白和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等通過循環(huán)途徑再次回到細(xì)胞膜。然而，不同的膜蛋白的循環(huán)途徑和機(jī)制以及是否存在獨(dú)立于經(jīng)典的“快速”和“慢速”途徑之外的循環(huán)方式有待探索。

9月19日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所何康敏課題組在《自然-細(xì)胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）上在線發(fā)表了題為Clathrin-associated carriers enable recycling through a kiss-and-run mechanism的研究論文。該研究利用耦合探測膜脂探針和多種成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)了新的快速囊泡循環(huán)途徑，并命名為CARP。

該研究利用前期開發(fā)的clathrin包被內(nèi)吞囊泡特異的磷酸肌醇分子PI(4,5)P2的耦合探測探針，通過三色全內(nèi)反射熒光顯微鏡（TIRFM）成像，發(fā)現(xiàn)了一類在細(xì)胞膜上短暫停留的clathrin陽性AP2陰性的囊泡。該囊泡能夠快速招募PI(4,5)P2特異的耦合探測探針。進(jìn)一步，研究采用3D活細(xì)胞成像、超分辨成像、光電聯(lián)合成像等技術(shù)，證明了該囊泡是來自于細(xì)胞內(nèi)的clathrin和AP1陽性的囊泡結(jié)構(gòu)。該囊泡能夠以“觸-彈”方式，與細(xì)胞膜發(fā)生數(shù)秒到數(shù)十秒的互作并再次回到細(xì)胞內(nèi)。同時(shí)，該囊泡獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)與經(jīng)典的內(nèi)吞囊泡和循環(huán)囊泡不同。科研人員將該囊泡命名為CARP囊泡。

該研究通過建立基于TIRFM的活細(xì)胞成像篩選和圖像分析體系，發(fā)現(xiàn)了CARP囊泡相關(guān)的一系列蛋白分子。這些蛋白在CARP囊泡與細(xì)胞膜融合前、融合中、剪切后等不同階段招募，介導(dǎo)CARP囊泡的生成、運(yùn)輸或融合。同時(shí)，研究通過敲除和敲降retromer、retriever等retrieval復(fù)合物的核心組分，發(fā)現(xiàn)CARP囊泡以獨(dú)立于retrieval復(fù)合物的方式形成于早期內(nèi)體。在功能上，CARP囊泡能夠介導(dǎo)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體等受體的持續(xù)性循環(huán)，并可以介導(dǎo)β2-腎上腺素能受體和表皮生長因子受體等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體的快速循環(huán)。

該研究借助耦合探測脂質(zhì)探針、基因編輯、多種成像技術(shù)和圖像定量分析等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，CARP循環(huán)途徑在生成方式、膜融合方式、功能及關(guān)鍵調(diào)控因子等方面，與經(jīng)典的循環(huán)途徑不同，可能是細(xì)胞內(nèi)新的循環(huán)機(jī)制。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

遺傳發(fā)育所發(fā)現(xiàn)細(xì)胞囊泡循環(huán)新機(jī)制