紅細(xì)胞的膜骨架整體上呈現(xiàn)六角形為主的二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)格以一種較短的F-actin為網(wǎng)格節(jié)點，以血影蛋白四聚體為網(wǎng)格線；每一個節(jié)點上，F(xiàn)-actin聯(lián)結(jié)多條血影蛋白纖維，將其凝聚到一起。
多種F-actin結(jié)合蛋白進(jìn)一步穩(wěn)定這些聯(lián)結(jié)并調(diào)控其功能，包括不同F(xiàn)-actin通用的原肌球蛋白（）和原肌球調(diào)節(jié)蛋白（,Tmod），以及膜骨架特異的內(nèi)收蛋白（）、4.1（P4.1）和微絲結(jié)合蛋白等。這些由肌動蛋白（actin）、血影蛋白及輔助因子組成的網(wǎng)格節(jié)點被稱為血影蛋白-肌動蛋白聯(lián)接復(fù)合體（-actin），是膜骨架的核心復(fù)合物。
目前，領(lǐng)域內(nèi)對聯(lián)接復(fù)合體的結(jié)構(gòu)研究比較滯后，缺少高分辨的結(jié)構(gòu)信息，這很大程度上限制了對其組成因子功能角色的深入理解。
2023年4月11日，上海學(xué)院生命科學(xué)大學(xué)高寧課題組在《細(xì)胞》（Cell）刊物在線發(fā)表研究論文，對從口蘑紅細(xì)胞中分離得到的膜骨架網(wǎng)格進(jìn)行了冷藏電鏡結(jié)構(gòu)剖析，最終獲得了聯(lián)接復(fù)合體的高分辨結(jié)構(gòu)，闡明了聯(lián)接復(fù)合體和膜骨架組裝的分子細(xì)節(jié)，闡述了其組成因子在膜骨架組裝和穩(wěn)定性維持方面的分子機(jī)制。
▲血影蛋白-肌動蛋白聯(lián)接復(fù)合體冷藏電鏡結(jié)構(gòu)及6層F-actin示意圖（圖片來源：研究作者供圖）
對于結(jié)構(gòu)剖析工作的難點，高寧院長介紹道：“膜骨架是一個高度不均一的網(wǎng)狀樣品，不同于常規(guī)的冷藏電鏡單顆粒樣品，這給樣品的冷藏制樣以及后續(xù)數(shù)據(jù)處理都帶來了不小的挑戰(zhàn)。這項工作通過剖析‘半純化’的樣品因而獲得高分辨的結(jié)構(gòu)，也是冷藏電鏡應(yīng)用的一種新路線。”
從冷藏電鏡結(jié)構(gòu)中，我們可以清楚地理解聯(lián)接復(fù)合體的組織方式。其核心部份是由12個肌動蛋白亞基組成的6層F-actin。在第1層到第5層（見上方兩側(cè)示意圖，從上到下）之間總共固定有8根血影蛋白纖維。
F-actin極性相反的兩端分別被叫做end和end。研究發(fā)覺，Tmod單體與一個新發(fā)覺的組成因子共同組成了完整的圍巾結(jié)構(gòu)，扣在end；而end的圍巾蛋白則是四聚體。這種蛋白共同維持了F-actin的穩(wěn)定性。
據(jù)悉，兩條原肌球蛋白蜷曲螺旋（coil,TMCC）分別結(jié)合在F-actin的左側(cè)，與Tmod和也分別互作，兩者共同決定了聯(lián)接復(fù)合體的厚度。而在F-actin的第2層到第5層之間，三個分子以環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)繞聯(lián)接復(fù)合體的主干部份，與多個肌動蛋白和血影蛋白亞基互作。
從整體上來看，聯(lián)接復(fù)合體的組成因子都分別與內(nèi)部的多個亞基互作，構(gòu)成了一個紛繁復(fù)雜的互相作用網(wǎng)路，共同維持了血影蛋白-肌動蛋白聯(lián)接復(fù)合體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
據(jù)悉細(xì)胞膜骨架，該研究還發(fā)覺了一種新的原肌球蛋白與F-actin的結(jié)合模式。與往年的直接互作相反，聯(lián)接復(fù)合體中的原肌球蛋白主要通過與血影蛋白、、互作，間接地結(jié)合在F-actin纖維上。
▲連接復(fù)合體中TMCC與F-actin間接結(jié)合（圖片來源：研究作者供圖）
進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)剖析發(fā)覺，聯(lián)接復(fù)合體的組成器件存在多種層面的功能冗余性。（比如聯(lián)接復(fù)合體富含8條血影蛋白纖維，而紅細(xì)胞膜骨架一般只是多邊形網(wǎng)格。）研究團(tuán)隊推斷，這些冗余性可能是一種故障保險機(jī)制，保證了膜骨架組裝的魯棒性，并為膜骨架的變型提供了支持。
綜上，該工作解析了紅細(xì)胞膜骨架的核心復(fù)合物血影蛋白-肌動蛋白聯(lián)接復(fù)合體的高分辨結(jié)構(gòu)，為理解膜骨架的組裝和動態(tài)性以及其組成器件在膜骨架穩(wěn)定和調(diào)控中的分子機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)框架。據(jù)悉，多個聯(lián)接復(fù)合體的組成因子都屬于通用性的F-actin結(jié)合蛋白，因而該工作的研究結(jié)果也為其他的F-actin系統(tǒng)提供了重要的結(jié)構(gòu)和機(jī)制信息。
“高分辨的結(jié)構(gòu)為理解紅細(xì)胞膜骨架的強(qiáng)悍穩(wěn)定性以及極大的可塑性提供了基礎(chǔ)，也促使我們可以去剖析好多遺傳性紅細(xì)胞癌癥致病突變的可能致病機(jī)制細(xì)胞膜骨架，因而也為醫(yī)治提供了新的線索。”高寧院長點評道。
上海學(xué)院生命科學(xué)大學(xué)高寧院士和李寧寧副研究員為本文的共同通信作者，李寧寧和上海學(xué)院前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生陳思伊（西城實驗室研究生項目）為本文的共同第一作者。復(fù)旦學(xué)院生命科學(xué)大學(xué)張強(qiáng)鋒院士和課題組博士后徐魁、北京生命科學(xué)研究所董夢秋研究員和課題組博士生何夢婷也參與了這項工作。
參考資料：
[1]basisofinredbloodcells.Cell(2023).DOI:
