Nature子刊 | 華中科技大學馬聰團隊揭示SNARE複合物組裝的調控機制

2021-03-01 iNature

Munc18-1/syntaxin-1複合物向SNARE複合物的轉變是細胞外吞的關鍵步驟,由Munc13-1、SNAP-25和Syntobrevin-2調控,但其機制尚不清楚。2019年1月8日,華中科技大學馬聰團隊在Nature Communications上發表題為「Munc18and Munc13 serve as a functional template to orchestrate neuronal SNARE complexassembly」的文章,該文章揭示了Munc18-1和Munc13-1可以作為功能模板來調節SNARE複合物的組裝。

在神經元中,突觸外吞的核心機制由神經元可溶物組成,SNARE蛋白、Syntaxin-1(Syx 1)、SNAP-25(SN 25)和Syntobrevin-2(Syb 2)。Syx 1和SN 25定位在質膜上,Syb2駐留在突觸小泡中。SNARE蛋白的特徵是由60-70個胺基酸組成的保守片段,由15個疏水結合層和離子結合層(0層)組成。為了達到所觀察到的細胞外吞的速度和保真度,需要一些融合組分與SNARE協同作用,以便對SNARE複雜的形成進行精細的調控。其中特別關鍵的是Sec1-Munc18(SM)蛋白Munc18-1和與CTCHR相關的蛋白Munc13。

Syb 2/MUN複合物的晶體結構

為了探究Syb 2的膜近端LR是否與MUN結構域的相互作用和功能有關,研究人員在Syb 2(殘基29-96)上產生了多個突變,並利用穀胱甘肽探討它們與MUN結構域的相互作用。結果表明,在Syb 2的LR中,R86/K87和W89/W90殘基是MUN結構域相互作用的關鍵。Syb 2的SNARE基序中的L70和F77殘基預測將結合Munc18-1結構域3,沒有參與MUN域的交互作用,說明Syb2通過不同的結合位點與Munc18-1和MUN結構域相互作用。用螢光各向異性法測定了Syb 2(殘基29-96),Syb 2RKAA(殘基29-96,R86A/K87A),Syb 22WD(殘基29-96、W89D/W90D)和Syb 24m(殘基29~96,R86A/K87A/W89D/W90D)均喪失這種結合能力。

 

Syb 2/mun相互作用使Syb 2能夠與Munc18-1結合

研究人員觀察到Syb 2的F77突變可能會損害它與Munc18-1結構域3的相互作用,但不會影響MUNN結構域,並且檢測到Syb2與Munc18-1/Syx 1複合物之間的相互作用很弱,但這種相互作用不受F77A突變的影響。MUN結構域的加入增強了這種相互作用,使相互作用對F77A突變更加敏感。這些結果表明,MUN結構域可以使Syb 2的SNARE基序與Munc18-1/Syx1複合物發生相互作用。

因此,研究的結果表明Munc13-1的MUN結構域與Syb 2的膜近端LR之間的相互作用,並揭示了其在從Munc18-1/Syx 1複合物向SNARE複合物過渡和在囊泡對接/啟動過程中的重要作用。在這種相互作用下,Munc13-1將Syb 2包埋的小泡重新招募到靶膜上,使Munc18-1/Syx 1複合物更容易獲得Syb 2的SNARE結構。而SN 25導致了Syx 1的釋放,最終導致完整SNARE的形成。

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