自然通讯:揭示巨大儿成熟的分子机制

中国科学院生物物理研究所蔡华清研究组在《自然-通讯》 (Nature Communications)发表了一篇题为“以PRIPA-TB CRA复合体为中心的Rab Gap级联设施网柄菌中的大基因成熟”的研究论文。该研究揭示了巨核细胞成熟过程中由Rab5、Rab7、PripA和TbcrA组成的Rab GAP信号通路调控巨核细胞成熟和商品降解的分子机制。

大胞饮是细胞对细胞外液的非选择性内吞过程。这种特殊的内吞作用发生在许多细胞类型中，如阿米巴细胞利用它获得环境中的营养物质，细胞利用它捕获抗原，神经细胞利用它的内吞受体调节突触信号。巨红细胞症还与许多疾病的发生有关，如神经退行性疾病中细胞间介导蛋白聚集的传递和病原体对宿主细胞的入侵。近年来发现，一些肿瘤细胞可以通过上调巨噬细胞摄取蛋白质、脂肪酸等营养物质，从而保持其在肿瘤微环境中的生长优势。与其他胞吞过程相比，巨噬细胞具有一些明显的特征。大细胞症提供了一种内化大量溶质和细胞膜的方法。大胞吞作用的直径一般为0.2~5微米，大于广泛研究的网织蛋白形成的胞吞作用的大小。大胞作用不依赖于包被的蛋白质或固体颗粒模板，而是由肌动蛋白驱动质膜变形，进一步形成内吞小泡。这些巨大儿过程的特征背后有复杂的调控机制，但目前对巨大儿形成和成熟的分子机制知之甚少。

为了分析巨核细胞成熟的分子机制，蔡华清研究组以盘基网柄菌细胞为模式生物进行研究。研究人员观察了Rab小GTP酶的动态变化，发现巨噬细胞从质膜分离后，依次被Rab5和Rab7标记。在Rab5标记的早期巨大儿向Rab7标记的晚期巨大儿转变的过程中，Rab7并没有像经典模型中描述的那样从细胞质募集到囊泡结构中。相反，在Rab5标记的早期巨大胎儿进入细胞后约20-30秒，大量Rab7标记的晚期巨大胎儿位于Rab5的囊泡结构周围并与之融合。这表明巨大儿成熟过程中Rab5向Rab7的转化依赖于晚期巨大儿和早期巨大儿的融合。

此外，通过筛选在从Rab5到Rab7的转化过程中特异性位于巨大体上的蛋白质，发现了由含有PH结构域的蛋白质和含有RabGAP结构域的蛋白质组成的蛋白质复合物，并且这两种蛋白质分别被命名为PripA和TbcrA。结合延迟荧光成像、酵母双杂交和一系列生化实验，证明PripA分别与早期巨大儿上的PI(3，4)P2和晚期巨大儿上的Rab7结合，建立了两个巨大儿膜结构之间的联系。同时PripA募集了TbcrA，后者作为Rab5的缺口，促进了Rab5-GTP的水解，从而保证了在晚期巨大儿和早期巨大儿融合的过程中Rab5及时失活。pripA或tbcrA基因的缺失会抑制Rab5的失活，阻碍巨核细胞的成熟和内吞作用的降解。此外，研究发现，PripA-TbcrA复合物在细菌和酵母等微生物的细胞吞噬过程中也发挥了类似的作用，从而促进吞噬细胞的成熟。

该研究揭示了Rab5、Rab7和PripA-TbcrA复合物以Rab GAP级联形式调节巨噬细胞成熟的分子机制。在这种调节机制中，位于信号通路下游的Rab7通过膜融合富集在巨大胎儿上，然后通过募集GAP蛋白抑制通路上游的Rab5活性，从而保证巨大胎儿成熟过程中Rab的小GTP酶转化的定向性，使细胞高效加工巨大胎儿所吞食的货物，进而及时获得维持细胞生长和增殖的营养物质。本研究提出了不同来源的胞吞作用囊泡加工方法的多样性，为探索m

由Rab5、Rab7和PripA-TbcrA复合物组成的Rab GAP信号级联调节肥大细胞的成熟。