酿酒酵母胞吐复合体成员Sec15研究概述

2020-05-15夏晨阳高向东

化工设计通讯 2020年4期

夏晨阳，高向东

（武汉大学生命科学学院，湖北武汉 430072）

1 Sec15的发现

1980年，美国Randy Scheckman 团队通过诱变与突变体筛选，在酿酒酵母中鉴定出23个调控分泌过程的蛋白质[1]。这23个蛋白质可以被分为两类：第一类包括13个蛋白质，参与分泌的早期阶段—从内质网到高尔基体的运输以及高尔基体内部的运输；第二类包括10个蛋白质，负责在分泌途径的晚期阶段—从高尔基体至细胞膜表面的运输以及囊泡在细胞膜上的锚定与融合[2]。Sec15归属于第二类分泌蛋白，是胞吐复合体的一个亚基，分子量为113kDa[3]。

2 胞吐复合体

细胞的分泌途径在绝大多数真核生物中是保守的。分泌蛋白会从内质网的腔膜转运到高尔基体[4]，随后将这些蛋白质转运到细胞表面则要经历高尔基体产生的囊泡出芽、运输、锚定、与质膜融合多个过程[5]。在以往的研究中，后高尔基体囊泡运输通常被认为是酿酒酵母极性生长所需要的一个重要过程，而胞吐复合体控制该过程[6]。

在酿酒酵母中，胞吐复合体是一个异源八聚体蛋白复合体，它负责将分泌型囊泡锚定于质膜上的特定区域，促进v- SNARE 和t-SNARE 相互作用，为下一步囊泡和质膜的融合做准备[7]，图1为酿酒酵母的胞吐复合体。胞吐复合体含有八个亚基：Sec3、Sec5、Sec6、Sec8、Sec10、Sec15、Exo70 和Exo84。复合体内部的亚基，由各自的coiled-coil 结构域介导相互结合，组装成复合体[8]。Sec15是胞吐复合体的8个亚基中唯一一个直接结合囊泡的亚基，它能够直接结合位于囊泡上的Rab GTP 酶Sec4[9]。Sec3和Exo70能够直接结合于细胞质膜中的磷脂分子PI（4，5）P2，使得胞吐复合体能够锚定在质膜上[10]。Sec3通过其N 端的一个进化上保守的PH 样结构域与PI（4，5）P2分子相互作用[11]，而Exo70则通过其C 端的带正电荷的氨基酸残基与PI（4，5）P2分子相互作用[12]。Sec6 结合v-SNARE蛋白 Snc2和SNARE功能相关蛋白Sro7和Sro77，促进囊泡和质膜的融合。Exo84受到细胞周期蛋白CDK1调控，使得胞吐复合体的组装严格遵从于细胞周期信号[7]。

图1 酿酒酵母的胞吐复合体

3 与Sec15相互作用的蛋白质

Rab GTP 酶Sec4：囊泡分泌过程在时间上和空间上均受到严格的调控，这些调控是通过调控因子与胞吐复合体亚基之间的相互作用而实现的，例如，一些小GTP 酶和蛋白质激酶与胞吐复合体亚基之间存在相互作用。第一个被报道与胞吐复合体有相互作用的小GTP 酶是Sec4，它的效应蛋白是Sec15，激活型的Sec4 募集胞吐复合体到分泌囊泡表面[13]。Sec4与Sec15的相互作用很特别，因为胞内参与细胞分泌过程的其他Rab 家族蛋白不能与Sec15发生相互作用，比如在内质网发挥作用的Ypt1和在内涵体中发挥功能的Ypt51[12]。

马达蛋白Myo2：Sec15在囊泡运输过程中（图2）发挥着重要作用，Sec15能直接与肌球蛋白Myo2物理结合。Myo2是一种马达分子，一端连接到Sec15以及分泌型囊泡，而另一端则动态结合于细胞骨架的肌动纤维，完成囊泡从高尔基体到质膜的运输[14]。Sec15提高了胞吐复合体运输囊泡的效率，Myo2 也可以结合Sec4 和Ypt31/32[15]，这说明Rab GTP 酶能将胞吐复合体的功能与细胞骨架联系起来，Sec15承载了两者之间的直接连接。

图2 酿酒酵母的后高尔基体囊泡运输

支架蛋白Bem1：Sec15的N 端（a.a.1-82）与Sec10相互作用，胞吐复合体的组装即以此结构为基础；Sec15的C 端（a.a.740-910）含有proline-rich 区段，它与Bem1 N 端的第一个SH3结构域结合[16]。Bem1参与调控核心调控分子Cdc42调控建立的极性前期阶段—多种肌动蛋白组织的极化（包括肌动蛋白纤维极性分布和septin 环的组装[17]）。Sec15 与 Bem1 之间还存在遗传学相互作用，多拷贝的Sec15能挽救温度敏感型突变体bem1-3在限制性温度下的生长缺陷[15]。

4 Sec15的突变体

温度敏感型突变体的限制性生长温度为37℃，Sec15-1突变体在YPD 培养基中于25℃培养过夜，随后转移至37℃继续培养2h，细胞内无论是母体还是小芽的胞质中都聚集了大量直径为100nm 的囊泡，显示出分泌过程被阻断[18]。之前的研究发现提高某些基因的表达水平，可以挽救Sec15-1突变体在限制性温度下的生长缺陷，如多拷贝表达Snc1/2[19]、Sso1/2[20]、Sec9[21]以及Rho3[22]都可以挽救Sec15-1 突变体的生长缺陷，这些分子中Snc1/2、Sso1/2和Sec9控制囊泡与质膜融合，Rho3控制后高尔基体囊泡运输和囊泡在质膜上的锚定。这些研究显示通过筛选与Sec15-1突变体具有遗传学相互作用的基因，有可能找到新的调控极性生长的调控分子，图3为Sec15-1突变体的电镜照片。