釀酒酵母胞吐復合體成員Sec15研究概述

夏晨陽，高向東

（武漢大學生命科學學院，湖北武漢 430072）

1 Sec15的發現

1980年，美國Randy Scheckman 團隊通過誘變與突變體篩選，在釀酒酵母中鑒定出23個調控分泌過程的蛋白質[1]。這23個蛋白質可以被分為兩類：第一類包括13個蛋白質，參與分泌的早期階段—從內質網到高爾基體的運輸以及高爾基體內部的運輸；第二類包括10個蛋白質，負責在分泌途徑的晚期階段—從高爾基體至細胞膜表面的運輸以及囊泡在細胞膜上的錨定與融合[2]。Sec15歸屬于第二類分泌蛋白，是胞吐復合體的一個亞基，分子量為113kDa[3]。

2 胞吐復合體

細胞的分泌途徑在絕大多數真核生物中是保守的。分泌蛋白會從內質網的腔膜轉運到高爾基體[4]，隨后將這些蛋白質轉運到細胞表面則要經歷高爾基體產生的囊泡出芽、運輸、錨定、與質膜融合多個過程[5]。在以往的研究中，后高爾基體囊泡運輸通常被認為是釀酒酵母極性生長所需要的一個重要過程，而胞吐復合體控制該過程[6]。

在釀酒酵母中，胞吐復合體是一個異源八聚體蛋白復合體，它負責將分泌型囊泡錨定于質膜上的特定區域，促進v- SNARE 和t-SNARE 相互作用，為下一步囊泡和質膜的融合做準備[7]，圖1為釀酒酵母的胞吐復合體。胞吐復合體含有八個 亞 基：Sec3、Sec5、Sec6、Sec8、Sec10、Sec15、Exo70 和Exo84。復合體內部的亞基，由各自的coiled-coil 結構域介導相互結合，組裝成復合體[8]。Sec15是胞吐復合體的8個亞基中唯一一個直接結合囊泡的亞基，它能夠直接結合位于囊泡上的Rab GTP 酶Sec4[9]。Sec3和Exo70能夠直接結合于細胞質膜中的磷脂分子PI（4，5）P2，使得胞吐復合體能夠錨定在質膜上[10]。Sec3通過其N 端的一個進化上保守的PH 樣結構域與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 結合v-SNARE蛋白 Snc2和SNARE功能相關蛋白Sro7和Sro77， 促進囊泡和質膜的融合。Exo84受到細胞周期蛋白CDK1調控，使得胞吐復合體的組裝嚴格遵從于細胞周期信號[7]。

圖1 釀酒酵母的胞吐復合體

3 與Sec15相互作用的蛋白質

Rab GTP 酶Sec4：囊泡分泌過程在時間上和空間上均受到嚴格的調控，這些調控是通過調控因子與胞吐復合體亞基之間的相互作用而實現的，例如，一些小GTP 酶和蛋白質激酶與胞吐復合體亞基之間存在相互作用。第一個被報道與胞吐復合體有相互作用的小GTP 酶是Sec4，它的效應蛋白是Sec15，激活型的Sec4 募集胞吐復合體到分泌囊泡表面[13]。Sec4與Sec15的相互作用很特別，因為胞內參與細胞分泌過程的其他Rab 家族蛋白不能與Sec15發生相互作用，比如在內質網發揮作用的Ypt1和在內涵體中發揮功能的Ypt51[12]。

馬達蛋白Myo2：Sec15在囊泡運輸過程中（圖2）發揮著重要作用，Sec15能直接與肌球蛋白Myo2物理結合。Myo2是一種馬達分子，一端連接到Sec15以及分泌型囊泡，而另一端則動態結合于細胞骨架的肌動纖維，完成囊泡從高爾基體到質膜的運輸[14]。Sec15提高了胞吐復合體運輸囊泡的效率，Myo2 也可以結合Sec4 和Ypt31/32[15]，這說明Rab GTP 酶能將胞吐復合體的功能與細胞骨架聯系起來，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輸

支架蛋白Bem1：Sec15的N 端（a.a.1-82）與Sec10相互作用，胞吐復合體的組裝即以此結構為基礎；Sec15的C 端（a.a.740-910）含有proline-rich 區段，它與Bem1 N 端的第一個SH3結構域結合[16]。Bem1參與調控核心調控分子Cdc42調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 環的組裝[17]）。Sec15 與 Bem1 之間還存在遺傳學相互作用，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 培養基中于25℃培養過夜，隨后轉移至37℃繼續培養2h，細胞內無論是母體還是小芽的胞質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]。之前的研究發現提高某些基因的表達水平，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控制囊泡與質膜融合，Rho3控制后高爾基體囊泡運輸和囊泡在質膜上的錨定。這些研究顯示通過篩選與Sec15-1突變體具有遺傳學相互作用的基因，有可能找到新的調控極性生長的調控分子，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 結語

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