研究揭示小G蛋白ARF介导囊泡分裂的作用机制

孙飞课题组，中国科学院生物物理研究所，美国哈佛医学院Victor 韩国浦项科技大学SeungHsu课题组-Yeol 香港城市大学范俊课题组与Park课题组联合发文，在分子层面上揭示了ARF。(ADP-核糖基化因子)小G蛋白在脂质膜上形成螺旋组装体，驱动膜形成管状结构，从而促进气泡分裂的分子机制。相关论文于3月21日在美国国家科学院发表(PNAS)。

气泡运输是细胞内物质运输的重要方式之一，气泡的形成过程主要包括三个阶段:招募、发芽和分裂。这个过程受到细胞内各种因素的动态控制。此前的研究证实，ARF蛋白通过招聘包被蛋白质控制，但其在分裂阶段的作用机制尚不清楚，缺乏关键结构信息。

通过冷冻电镜和螺旋重构技术，研究小组发现ARF6在脂质膜上组装成螺旋晶格结构，最小组装单元四聚体通过疏水/静电稳定，通过电荷相互作用形成螺旋排列。ARF6的N端螺旋插入薄膜中形成管状结构，分子动力学模拟证实它通过N端豆蔻酰基链和两个螺旋协同结合薄膜。靶向ARF6的相互作用界面或两个螺旋的突变体可以阻断内吞循环。功能性实验表明，GTP水解触发囊泡分裂。研究还发现，同源的ARF1通过类似机制的突破来驱动COPIPI。

这项工作不仅阐述了ARF蛋白在囊泡分裂过程中的详细分子机制，而且填补了囊泡分裂在最后阶段的关键机制信息缺失，为未来研究细胞内物质运输的调控提供了新的思路。