Посещений:
Membrane Fusion
МЕМБРАНЫ: СЛИЯНИЕ

SNARE-MEDIATED MEMBRANE FUSION

Yu A. Chen & Richard H. Scheller
Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, 98 -106 (2001)

Предполагается, что SNARE белки отвечают за все внутриклеточные слияния мембран. Известно свыше 30 членов семейства SNARE в клетках млекопитающих и каждый обнаружтивается в определенном субклеточном компартменте. Похоже, что SNAREs обеспечиваеют некоторые аспекты специфичности транпорта в мембраны, но механизмы, с помощью которых обеспечивается эта специфичность, вызывают споры. Функциональные исследования указывают на то, что белки SNARE взаимодействуют др. с др. чтобы создать движущую силу, необходимую для слияния липидных двуслоев.




(Рис.1.) Subcellular localization of mammalian SNAREs.


(Рис.2.) SNARE proteins form a four-helical bundle complex that drives membrane fusion.



(Рис.3.) SNARE domain structures and the interaction between syntaxin and its chaperone protein n-Sec1.



(Рис.4.) Molecular model of vesicle exocytosis.



(Рис.5.) Model of SNARE-mediated lipid fusion.


Слияние мембрн является важным для различных биологических процессов, включая поддержание базовой клеточной организации у эукариот. Событие слияния пузырька осуществляется множественными скоординированными ступенями, таким как нахождение цели, связывание с нею и первичный и финальный triggering события слияния.
Более сотни SNARE белков обнаружено и большинство из них м.б. распределено по трем семействам белков - syntaxins, VAMPs и SNAP-25 семейство. Характерной особенностью всех SNARE белков является их суперскурченные (coiled-coil) домены.
Первоначально полагали, что SNARE белки обеспечивают специфическое связывание (docking). Однако, затем было установлено, что они скорее участвуют в слиянии, чем в хранении. Возможно, что как SNARE-обусловленная специфичность слияния, так и малыми GTPase Rab-обусловленная специфичнорсть docking гарантируют точность внутриклеточного транспорта мембран.
SNAREs соединяются др. с др., образуя очень стабильные 4-нитчатые суперскурченные стержневые комплексы. Нейрональные стержневые комплексы формируются одной спиралью каждого из синтаксинов и VAMP, и двумя спиралями из SNAP-25.
Регуляция образования стержневого комплекса все еще неизвестна. Синтаксины имеют большой N-терминальный домен, который взаимодействует со скрученным (coil) доменом в присутствии хаперона n-Sec1. После конформационного изменения, которое запускается с помощью неизвестных механизмов, синтаксин открывается, что дает возможность coil домену участвовать в сборке стержневого комплекса, способствуя тем самым слиянию.
SNAREs двух мембран, по-видимому, взаимодействуют, формируя частичные и обратимые комплексы перед запуском финального слияния. Согласно имеющейся модели пузырьки, захваченные с помощью Rab белков и/или др. факторов, подтаскиваются к SNAREs. Сборка стержневого комплекса SNARE затем направляет две мембраны навстречу др. др. и создает соотв. искривление и натяжение мембран. Когда мембраны достаточно сближены происходит полуслияние в результате слияния отверстий пор и их расширения, за чем следует полное слияние мембран. SNARE белки обеспечивают движущими силами и стабилизируют преходящее состояние в этой реакции.

ORIGINAL RESEARCH PAPER Peters, C. et al. Trans-complex formation by proteolipid channels in the terminal phase of membrane fusion. Nature 1 February (2001) [contents page] | PubMed |
Белки SNARE обеспечивают захват и соединение пузырьков с их мембранными мишенями. Как тогоко пузырек входит в контакт с мембраной-мишенью, то как преодолеваются отталкивающие силы между мембранами? Некоторые полагают, что SNAREs, сводя мембраны в тесную близость, способны преодолеть эту ступень, другие предлагают модель слияния пор, согласно которым образуются протеинозные каналы. Peters и др. идентифицировали такие каналы.
Calcium и calmodulin м. запускать финальную ступень слияния, но их нижестоящие мишени неизвестны. Peters и др. выделили некие факторы на мембранах вакуолей. Когда они очистили эти факторы, то с помощью mass spectrometry идентифицировали их как компоненты V0 integral membrane sector of V-ATPase - члена комплекса, который функционирует как протоновый насос. Соответствующий calmodulin-связывающий партнер был затем найден как V0 proteolipid.
Могут ли эти протеолипиды запускать слияние? Изучали способность высвобождать холин в восозданных липосомах. Они нашли данные, согласующиеся с моделью каналов, образование которых запускается calcium/calmodulin-зависимым образом.
Захват (docking) мембраны нуждается в образовании электрохимического мембранного потенциала, который в основном генерируется с помощью V-ATPase. Но если V0 важна для собственно слияния, то она должна оказывать прямое влияние ан слияние, независимо от активности протонового насоса. Авт. подтвердили это, показалд, что слияние м. происходить и после нокаута активности протоновго насоса.
Ингибируя разные стадии слияния авт. показали, что trans-SNARE спаривание обеспечивает образование канала, но не его поддержание. Тогда остается одна возможность, что SNAREs концентрирует V0 сектора в месте контакта закрытых мембран.
Остается установить, ка, однажды сформировавшись, эти каналы позволют смешиваться бислоям.
Varlamov, O. et al. i-SNARE: inhibitory SNAREs that fine-tune the specificity of membrane fusion. J. Cell Biol. 164, 79–88 (2004) | Article |  PubMed |  ISI |  ChemPort

FURTHER READING
Chen, Y. A. & Scheller, R. H. SNARE-mediated membrane fusion. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2, 98–106 (2001) | Article  |  PubMed |  ISI |  ChemPort

WEB SITE
James Rothman's laboratory
Слияние мембран инициируется родственными (cognate) SNARE белками (soluble N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein (NSF) attachment protein receptors) — т.е. специфическими t-SNAREs на target(мишени) мембране (имеются три внутриклеточные мембраны) и с помощью специфических v-SNARE на мембранах пузырьков. SNARE-обеспечиваемое слияние высоко специфично, но эта специфичность протестирована только с использованием 4-х SNAREs между двумя бислоями. Т.к. каждый компартмент секретотрного пути м. содержать множество SNAREs в одном бислое, поэтому Rothman и др. решили изучить эффект пятого SNARE на 4 cognate SNAREs. В The Journal of Cell Biology они сообщили об идентификации нового функционалтьного класса SNAREs — inhibitory (i)-SNAREs.
Авт. сконцентрировали свои исследования на двух функционально отличных t-SNARE комплексах из Golgi дрожжей. Sed5–Bos1–Sec22 (tcis) связаны с v-SNARE Bet1 (vcis), a концентрация этих 4-х SNARE белков увеличивается в направлении cis-Golgi. Др. t-SNARE комплекс Sed5–Gos1–Ykt6 (ttrans) соединяется с v-SNARE Sft1 (vtrans) и хотя концентрация vtrans увеличивается в направлении cis-Golgi, а ttrans скорее всего обнаруживают случаное распределение.
Rothman и др. изучали эффекты vcis–tcis и vtrans–ttrans слияния, включая повышенные концентрации пяти non-cognate SNARE в t-SNARE-содержащих липосомах. Они установили, что реакция слияния vcis–tcis строго ингибируется с помощью Gos1 и Sft1 и что реакция vtrans–ttrans ингибируется с помощью Bet1, Bos1 и Sec22. Эта работа устанавливает существование i-SNAREs и проливает свет на интересующий паттерн — cis-Golgi SNAREs ингибируют слияние, которое запускается с помощью trans-Golgi SNAREs и vice versa.
Итак, как же i-SNAREs ингибируют слияние? i-SNARE м. или замещать cognate SNARE белок в t-SNARE комплеексе, чтобы сформировать нефункциональный тетрамерный комплекс (конкурентное ингибирование) или м. соединяться с cognate SNARE комплексом, чтобы сформировать нефункциональный олигомерный комплекс (неконкурентное ингибирование). Чтобы сделать выбор между двумя этими возможностями авт. изучили, м. ли высокие концентрации одного из cognate t-SNAREs конкурировать, чтобы супрессировать эффекты i-SNARE. Полученные результаты показали, что в случае vcis–tcis слияния, i-SNARE (Gos1 or Sft1) замещают Bos1, чтобы сформировать нефункциональные тетрамерные комплексы (конкурентное ингибирование). Однако в случае vtrans–ttrans слияния, механизм i-SNARE ингибирования не установлен.
Наконец, Rothman и др. изучали, как i-SNAREs м. влиять на специфичность слияния мембран в Golgi и использовали liposome-fusion assay для воссоздания уникальной композиции SNARE, которая обнаруживается в каждом из последовательных компартментов Golgi. Они показали, напр., что слияние vcis с trans-Golgi составляет ~3% от слияния с cis-Golgi, когда присутствуют i-SNAREs, но увеличивается до 40%, когда отсутствуют и Gos1 и Sft1. Комбинированное распределение i-SNAREs с v- и t-SNAREs, следовательно, тонко регулируют специфичность слияния мебмран.
Сайт создан в системе uCoz