釀酒酵母胞吐復(fù)合體成員Sec15研究概述

夏晨陽，高向東

（武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430072）

1 Sec15的發(fā)現(xiàn)

1980年，美國Randy Scheckman 團(tuán)隊(duì)通過誘變與突變體篩選，在釀酒酵母中鑒定出23個(gè)調(diào)控分泌過程的蛋白質(zhì)[1]。這23個(gè)蛋白質(zhì)可以被分為兩類：第一類包括13個(gè)蛋白質(zhì)，參與分泌的早期階段—從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的運(yùn)輸以及高爾基體內(nèi)部的運(yùn)輸；第二類包括10個(gè)蛋白質(zhì)，負(fù)責(zé)在分泌途徑的晚期階段—從高爾基體至細(xì)胞膜表面的運(yùn)輸以及囊泡在細(xì)胞膜上的錨定與融合[2]。Sec15歸屬于第二類分泌蛋白，是胞吐復(fù)合體的一個(gè)亞基，分子量為113kDa[3]。

2 胞吐復(fù)合體

細(xì)胞的分泌途徑在絕大多數(shù)真核生物中是保守的。分泌蛋白會從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔膜轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體[4]，隨后將這些蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面則要經(jīng)歷高爾基體產(chǎn)生的囊泡出芽、運(yùn)輸、錨定、與質(zhì)膜融合多個(gè)過程[5]。在以往的研究中，后高爾基體囊泡運(yùn)輸通常被認(rèn)為是釀酒酵母極性生長所需要的一個(gè)重要過程，而胞吐復(fù)合體控制該過程[6]。

在釀酒酵母中，胞吐復(fù)合體是一個(gè)異源八聚體蛋白復(fù)合體，它負(fù)責(zé)將分泌型囊泡錨定于質(zhì)膜上的特定區(qū)域，促進(jìn)v- SNARE 和t-SNARE 相互作用，為下一步囊泡和質(zhì)膜的融合做準(zhǔn)備[7]，圖1為釀酒酵母的胞吐復(fù)合體。胞吐復(fù)合體含有八個(gè) 亞 基：Sec3、Sec5、Sec6、Sec8、Sec10、Sec15、Exo70 和Exo84。復(fù)合體內(nèi)部的亞基，由各自的coiled-coil 結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)相互結(jié)合，組裝成復(fù)合體[8]。Sec15是胞吐復(fù)合體的8個(gè)亞基中唯一一個(gè)直接結(jié)合囊泡的亞基，它能夠直接結(jié)合位于囊泡上的Rab GTP 酶Sec4[9]。Sec3和Exo70能夠直接結(jié)合于細(xì)胞質(zhì)膜中的磷脂分子PI（4，5）P2，使得胞吐復(fù)合體能夠錨定在質(zhì)膜上[10]。Sec3通過其N 端的一個(gè)進(jìn)化上保守的PH 樣結(jié)構(gòu)域與PI（4，5）P2分子相互作用[11]，而Exo70則通過其C 端的帶正電荷的氨基酸殘基與PI（4，5）P2分子相互作用[12]。Sec6 結(jié)合v-SNARE蛋白 Snc2和SNARE功能相關(guān)蛋白Sro7和Sro77， 促進(jìn)囊泡和質(zhì)膜的融合。Exo84受到細(xì)胞周期蛋白CDK1調(diào)控，使得胞吐復(fù)合體的組裝嚴(yán)格遵從于細(xì)胞周期信號[7]。

圖1 釀酒酵母的胞吐復(fù)合體

3 與Sec15相互作用的蛋白質(zhì)

Rab GTP 酶Sec4：囊泡分泌過程在時(shí)間上和空間上均受到嚴(yán)格的調(diào)控，這些調(diào)控是通過調(diào)控因子與胞吐復(fù)合體亞基之間的相互作用而實(shí)現(xiàn)的，例如，一些小GTP 酶和蛋白質(zhì)激酶與胞吐復(fù)合體亞基之間存在相互作用。第一個(gè)被報(bào)道與胞吐復(fù)合體有相互作用的小GTP 酶是Sec4，它的效應(yīng)蛋白是Sec15，激活型的Sec4 募集胞吐復(fù)合體到分泌囊泡表面[13]。Sec4與Sec15的相互作用很特別，因?yàn)榘麅?nèi)參與細(xì)胞分泌過程的其他Rab 家族蛋白不能與Sec15發(fā)生相互作用，比如在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)揮作用的Ypt1和在內(nèi)涵體中發(fā)揮功能的Ypt51[12]。

馬達(dá)蛋白Myo2：Sec15在囊泡運(yùn)輸過程中（圖2）發(fā)揮著重要作用，Sec15能直接與肌球蛋白Myo2物理結(jié)合。Myo2是一種馬達(dá)分子，一端連接到Sec15以及分泌型囊泡，而另一端則動態(tài)結(jié)合于細(xì)胞骨架的肌動纖維，完成囊泡從高爾基體到質(zhì)膜的運(yùn)輸[14]。Sec15提高了胞吐復(fù)合體運(yùn)輸囊泡的效率，Myo2 也可以結(jié)合Sec4 和Ypt31/32[15]，這說明Rab GTP 酶能將胞吐復(fù)合體的功能與細(xì)胞骨架聯(lián)系起來，Sec15承載了兩者之間的直接連接。

圖2 釀酒酵母的后高爾基體囊泡運(yùn)輸

支架蛋白Bem1：Sec15的N 端（a.a.1-82）與Sec10相互作用，胞吐復(fù)合體的組裝即以此結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)；Sec15的C 端（a.a.740-910）含有proline-rich 區(qū)段，它與Bem1 N 端的第一個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合[16]。Bem1參與調(diào)控核心調(diào)控分子Cdc42調(diào)控建立的極性前期階段—多種肌動蛋白組織的極化（包括肌動蛋白纖維極性分布和septin 環(huán)的組裝[17]）。Sec15 與 Bem1 之間還存在遺傳學(xué)相互作用，多拷貝的Sec15能挽救溫度敏感型突變體bem1-3在限制性溫度下的生長缺陷[15]。

4 Sec15的突變體

溫度敏感型突變體的限制性生長溫度為37℃，Sec15-1突變體在YPD 培養(yǎng)基中于25℃培養(yǎng)過夜，隨后轉(zhuǎn)移至37℃繼續(xù)培養(yǎng)2h，細(xì)胞內(nèi)無論是母體還是小芽的胞質(zhì)中都聚集了大量直徑為100nm 的囊泡，顯示出分泌過程被阻斷[18]。之前的研究發(fā)現(xiàn)提高某些基因的表達(dá)水平，可以挽救Sec15-1突變體在限制性溫度下的生長缺陷，如多拷貝表達(dá)Snc1/2[19]、Sso1/2[20]、Sec9[21]以及Rho3[22]都可以挽救Sec15-1 突變體的生長缺陷，這些分子中Snc1/2、Sso1/2和Sec9控制囊泡與質(zhì)膜融合，Rho3控制后高爾基體囊泡運(yùn)輸和囊泡在質(zhì)膜上的錨定。這些研究顯示通過篩選與Sec15-1突變體具有遺傳學(xué)相互作用的基因，有可能找到新的調(diào)控極性生長的調(diào)控分子，圖3為Sec15-1突變體的電鏡照片。

圖3 sec15-1突變體的電鏡照片

5 結(jié)語

Sec15對于釀酒酵母細(xì)胞的極性生長和囊泡融合過程是不可或缺的。在釀酒酵母中已經(jīng)鑒定出了多個(gè)調(diào)控極性生長的調(diào)控分子，但是仍然還有很多調(diào)控分子沒有被發(fā)現(xiàn)，通過對溫度敏感型Sec15-1突變體進(jìn)行遺傳學(xué)相互作用基因篩選，有可能找到新的調(diào)控極性生長的調(diào)控分子。