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結合先前的研究結果和我們的發(fā)現(xiàn),我們提出了一種有序有效的囊泡運輸的新型結構機制模型,即膜不對稱性決定的細胞器有序運輸(MADOOT)模型(圖1)。細胞膜的不對稱性與高爾基體膜的不對稱性相同,但與內吞囊泡膜的不對稱性相反,這種模式可能有助于內吞囊泡的有序運輸以及囊泡與TGN之間的有效交流。該模型強調膜結構對膜運輸過程的重要性。具體來說,如圖1a所示,蛋白質從內吞囊泡的外表面突出可能會導致內吞囊泡的有序運輸,而不是隨機融合。另外,同型的內吞囊泡粗糙外表面所暴露的脂類可能導致這些囊泡之間的完全膜融合。TGN外表面的致密蛋白層可能引起內吞囊泡與其進行接觸后即離開的相互作用方式。如圖1b所示,更直觀的細胞膜、內吞囊泡膜和高爾基體膜形貌圖清楚地表明了這些膜結構之間的膜不對稱關系。
我們提出的MADOOT模型可以為一些復雜而重要的生物學事件提供適當的解釋。例如,在細胞內每分鐘數千個囊泡如何以有序的方式運輸以確保高度動態(tài)和有序的細胞器相互作用的問題仍然沒有答案。MADOOT模型從整體膜結構出發(fā),很好地推斷了囊泡有序高效轉運的機制。有序而高效的囊泡運輸維持細胞器之間高度動態(tài)而有序的相互作用。另外,為什么囊泡被連續(xù)不斷地從細胞膜運送到細胞內膜,而細胞內的膜性細胞器(例如高爾基體)的形態(tài)結構卻維持穩(wěn)定呢?我們的MADOOT模型正確地解釋了為什么高爾基體保持穩(wěn)定的原因:即相反的膜不對稱性導致內吞囊泡僅僅作為穿梭體與高爾基體進行交流,從而保持其形態(tài)的穩(wěn)定性。同樣,這個模型可以延伸到解釋其他細胞器的穩(wěn)定性。
總而言之,我們的發(fā)現(xiàn)促使我們提出了MADOOT模型假設。研究細胞膜結構的目的就是增進在分子水平上對膜相關生物學過程的了解。因此,謹慎的推測是有合適的,只要其可以為重要的生物學過程提供新的見解。我們提出的囊泡有序有效轉運的膜結構決定機制為揭示各種膜相關生物過程的潛在機制提供了新的視角。這項工作為進一步詳細研究膜性細胞器相互作用網絡奠定了基礎。同時,有序有效的囊泡運輸機制的揭示也可以為開發(fā)治療細胞器穩(wěn)態(tài)失調相關疾病的新型有效藥物奠定基礎。
圖1.(a)受體蛋白EGFR內吞與循環(huán)路徑中膜運輸示意圖。在這個EGFR內吞與循環(huán)過程中,發(fā)生了以下過程:①配體結合后,質膜表面EGFR通過細胞膜的內陷被吞。②內在囊泡形成。質膜上膜蛋白的取向與囊泡上的相反。③受體被轉運到早期內含體。④早期內含體與TGN瞬時接觸,然后離開。⑤同型內含體融合產生多泡體。⑥內含體的分剪導致受體和配體的解離。⑦受體通過循環(huán)內含被返回到細胞表面。⑧將配體分選到晚期內含體。(b)細胞膜,內吞囊泡膜和高爾基體膜的結構特征的平面視圖。