紅細胞的膜骨架整體上呈現六角形為主的二維網格結構。這種網格以一種較短的F-actin為網格節點，以血影蛋白四聚體為網格線；每一個節點上，F-actin聯結多條血影蛋白纖維，將其凝聚到一起。
多種F-actin結合蛋白進一步穩定這些聯結并調控其功能，包括不同F-actin通用的原肌球蛋白（）和原肌球調節蛋白（,Tmod），以及膜骨架特異的內收蛋白（）、4.1（P4.1）和微絲結合蛋白等。這些由肌動蛋白（actin）、血影蛋白及輔助因子組成的網格節點被稱為血影蛋白-肌動蛋白聯接復合體（-actin），是膜骨架的核心復合物。
目前，領域內對聯接復合體的結構研究比較滯后，缺少高分辨的結構信息，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，上海學院生命科學大學高寧課題組在《細胞》（Cell）刊物在線發表研究論文，對從口蘑紅細胞中分離得到的膜骨架網格進行了冷藏電鏡結構剖析，最終獲得了聯接復合體的高分辨結構，闡明了聯接復合體和膜骨架組裝的分子細節，闡述了其組成因子在膜骨架組裝和穩定性維持方面的分子機制。
▲血影蛋白-肌動蛋白聯接復合體冷藏電鏡結構及6層F-actin示意圖（圖片來源：研究作者供圖）
對于結構剖析工作的難點，高寧院長介紹道：“膜骨架是一個高度不均一的網狀樣品，不同于常規的冷藏電鏡單顆粒樣品，這給樣品的冷藏制樣以及后續數據處理都帶來了不小的挑戰。這項工作通過剖析‘半純化’的樣品因而獲得高分辨的結構，也是冷藏電鏡應用的一種新路線。”
從冷藏電鏡結構中，我們可以清楚地理解聯接復合體的組織方式。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。研究發覺，Tmod單體與一個新發覺的組成因子共同組成了完整的圍巾結構，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的穩定性。
據悉，兩條原肌球蛋白蜷曲螺旋（coil,TMCC）分別結合在F-actin的左側，與Tmod和也分別互作，兩者共同決定了聯接復合體的厚度。而在F-actin的第2層到第5層之間，三個分子以環狀結構環繞聯接復合體的主干部份，與多個肌動蛋白和血影蛋白亞基互作。
從整體上來看，聯接復合體的組成因子都分別與內部的多個亞基互作，構成了一個紛繁復雜的互相作用網路，共同維持了血影蛋白-肌動蛋白聯接復合體的結構穩定性。
據悉細胞膜骨架，該研究還發覺了一種新的原肌球蛋白與F-actin的結合模式。與往年的直接互作相反，聯接復合體中的原肌球蛋白主要通過與血影蛋白、、互作，間接地結合在F-actin纖維上。
▲連接復合體中TMCC與F-actin間接結合（圖片來源：研究作者供圖）
進一步的結構剖析發覺，聯接復合體的組成器件存在多種層面的功能冗余性。（比如聯接復合體富含8條血影蛋白纖維，而紅細胞膜骨架一般只是多邊形網格。）研究團隊推斷，這些冗余性可能是一種故障保險機制，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，該工作解析了紅細胞膜骨架的核心復合物血影蛋白-肌動蛋白聯接復合體的高分辨結構，為理解膜骨架的組裝和動態性以及其組成器件在膜骨架穩定和調控中的分子機制提供了結構框架。據悉，多個聯接復合體的組成因子都屬于通用性的F-actin結合蛋白，因而該工作的研究結果也為其他的F-actin系統提供了重要的結構和機制信息。
“高分辨的結構為理解紅細胞膜骨架的強悍穩定性以及極大的可塑性提供了基礎，也促使我們可以去剖析好多遺傳性紅細胞癌癥致病突變的可能致病機制細胞膜骨架，因而也為醫治提供了新的線索。”高寧院長點評道。
上海學院生命科學大學高寧院士和李寧寧副研究員為本文的共同通信作者，李寧寧和上海學院前沿交叉學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。復旦學院生命科學大學張強鋒院士和課題組博士后徐魁、北京生命科學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:
