前沿科技 中科院科学家合作研究应用单技术解析促凋亡蛋白tBid引发膜通透的动力学

　　张柏芝养小鬼原标题：前沿科技 中科院科学家合作研究应用单技术解析促凋亡蛋白tBid引发膜通透的动力学过程

　　细胞凋亡是一种由多基因调控、在进化上保守的程序性死亡过程，是维持多细胞生物体稳态并清除多余或有害细胞的重要生命过程。在细胞凋亡的内源/线家族蛋白通过家族之间以及蛋白-膜脂之间的相互作用发挥重要的调控作用，其中对细胞器膜（例如线粒体膜、溶酶体膜等）的通透作用（permeabilization）是调控细胞凋亡过程的关键步骤。促凋亡蛋白Bid参与调控线粒体膜和溶酶体膜的完整性，是联结细胞凋亡的外源和内源途径的桥梁。Bid被胱天蛋白酶-8（caspase 8）剪切激活后，tBid（truncated Bid）既可以作为凋亡催化者激活Bax或Bak从而引起线粒体外膜通透，又可以作为凋亡执行者直接线粒体膜或者溶酶体膜的通透。杨福愉/卫涛涛课题组前期的研究结果表明tBid可以与溶酶体膜相互作用并引起膜通透，并进一步溶酶体膜上的磷脂酸（phosphatidic acid，PA）是与tBid相互作用的重要（Cellular and Molecular Life Sciences 2010；Journal of Lipid Research 2012），然而tBid与生物膜相互作用的动力学过程和蛋白质变构的机制仍不明晰。

　　随着技术的发展，单荧光技术渐渐成为研究蛋白质与膜脂相互作用的有力武器。相比于测量集体信号的方法，单荧光技术可以探测单个的运动和特点，提供了整体水平无法观测到的生物的复杂性。虽然一些单荧光技术，如单荧光共振能量转移（single-molecule fluorescence resonance energy transfer，smFRET）技术在研究蛋白与膜脂的相互作用中发挥了作用，但其无法反映出蛋白在膜内纵向运动的精确信息。近期，李明课题组研发出一种新的纵向亚纳米分辨率的单荧光技术——单表面荧光衰逝技术（smSIFA）。当荧光靠近氧化型石墨烯介质膜表面时，荧光淬灭的效应会随着距离的变化而发生显著的变化。这使得在通过单定位技术获得单个蛋白在平行于膜表面运动的同时，还能获得垂直于膜表面的运动轨迹。

　　卫涛涛课题组与李明课题组应用smSIFA技术进行了合作研究，分析了不同位点单标记的tBid在与膜脂作用并膜通透的过程中蛋白的纵向和横向动力学过程。在tBid单体与类溶酶体膜结合时，蛋白整体处于脂双层膜表面的，并开始形成同源寡聚体；在寡聚体形成的起始阶段，tBid两个核心的疏水螺旋（α6和α7）插入膜内较浅的，而其他螺旋依然在膜表面的；在低聚的tBid团簇中，α6和α7在膜内深浅的发生动态变化，其他螺旋可能变构到膜的深层，导致形成瞬时的二维孔道结构，引起膜通透，进而细胞凋亡。上述smSIFA实验结果也被动力学模拟所验证。文中应用smSIFA技术在单水平以亚纳米精度分析了tBid与脂质双层之间相互作用的动力学过程，加深了对tBid在溶酶体膜上形成孔道并细胞凋亡的认识和理解。

　　李明课题组的马丽、胡书新和卫涛涛课题组的贺小龙为论文的共同第一作者，卫涛涛和李明为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中科院基金、王宽诚教育基金、国家重点研发计划的资助。