范德比爾特大學(xué)細胞和發(fā)育生物學(xué)助理教授Matthew Tyska博士有一張近30年的電鏡照片,顯示的是一個腸道細胞微絨毛的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。微絨毛是細胞表面的指狀突起,腸上皮細胞的普遍特征,。
那時,,Tyska已經(jīng)知道在微絨毛中心移動的核心束是一群結(jié)構(gòu)蛋白actin,,將actin束連接到細胞膜的梯狀“環(huán)”是由馬達蛋白(motor protein)myosin-1a組成的。這種肌漿球蛋白,,雖然與肌細胞收縮中的肌漿球蛋白有關(guān),,但只被認(rèn)為發(fā)揮純粹的結(jié)構(gòu)作用。Tyska說,,教科書幾十年來一直認(rèn)為微絨毛是被動的支架,,是放大膜表面積的一種方式。
小腸中,,擴張的細胞表面積增加了加工營養(yǎng)的酶和載體的作用空間,提供了更強的操錯營養(yǎng)的能力,。但Tyska認(rèn)為,,馬達蛋白——產(chǎn)生力和向細胞運輸載體的蛋白,不止發(fā)揮被動的結(jié)構(gòu)作用,。“當(dāng)我看那張照片的時候,,近水晶排列使我想到肌纖維中的actin和肌漿球蛋白?;氐较嗤膯栴}:為何微絨毛有這些包裹馬達蛋白的漂亮結(jié)構(gòu),。”
Tyska與其實驗室學(xué)生Russell McConnell驗證這些馬達蛋白除了作為將細胞膜結(jié)合到actin束的分子膠水之外,還有其它作用,。研究人員凈化大鼠或小鼠微絨毛密集的上皮層,,并添加myosin-1a的化學(xué)燃料ATP。通過顯微鏡,,他們發(fā)現(xiàn)細胞膜向微絨毛尖端運動,,然后以囊泡形式突然離開。此發(fā)現(xiàn)對營養(yǎng)加工過程以及胃腸生理學(xué)其它方面研究有提示意義,,刊登于5月21日《The Journal of Cell Biology》雜志,,其中一張圖片被選作封面。Tyska對此意想不到的發(fā)現(xiàn)非常興奮,,“我們發(fā)現(xiàn)微絨毛不止是一個增加細胞膜表面積的支架,,是一種能夠從頂端脫落膜的小機制。”研究小組證實myosin-1a是將膜推向微絨毛的動力,。從敲除myosin-1a基因的小鼠分離出來的刷狀緣(Brush borders)脫落的膜是野生型小鼠刷狀緣脫落膜的5%,。
目前,研究人員正在正嘗試弄清腸細胞驅(qū)動囊泡離開微絨毛的原因,。他們從正在進行的囊泡排列和質(zhì)譜研究中了解到囊泡如微絨毛膜,,含有營養(yǎng)加工酶和載體,,。“一種觀點是,,這些囊泡遠距離操縱,,加速營養(yǎng)加工,甚至在營養(yǎng)尚未到達刷狀緣被(腸上皮細胞)吸收之前,。”
研究人員還探測了膜脫落作用其它的可能性:在微生物和病原體進入細胞之前,,將它們從細胞表面驅(qū)逐,對細胞進行作用,;提供了一種改變微絨毛表面成分的機制,;通過發(fā)射含有信號傳遞蛋白的囊泡,在細胞-細胞交流之間發(fā)揮作用,。Tyska等打算檢測myosin-1a在其它已知位點(內(nèi)耳的毛發(fā)細胞)是否也發(fā)揮相似的膜運動作用,,以及是否其它微絨毛也利用肌漿球蛋白馬達從其尖端發(fā)射囊泡。