Cell：跳舞的蛋白质使细胞运动！新研究重新定义肌动蛋白丝分解的关键因素的功能和作用

某些细胞，例如免疫细胞，具有高度的运动性——它们不断重塑自身形态，向需要闭合的伤口迁移，或在血流中追捕细菌。这种运动性由细胞骨架提供，这是一个不断组装和拆卸的复杂丝状网络。

多特蒙德马克斯·普朗克分子生理学研究所的Stefan Raunser领导的一个团队，现已揭示了关键因子冠蛋白、丝切蛋白和AIP1如何协同调控肌动蛋白丝的解聚过程。

他们发表在《细胞》杂志上的研究重新定义了这些蛋白质的作用，并提供了分子层面的细节，增进了我们对健康细胞和恶性细胞如何在体内移动的理解。

细胞会生长、改变形状、移动和分裂。它们构成组织、闭合伤口，并在血液中追捕细菌。这种运动性是免疫等多种基本生物学功能的先决条件，但同时也是诸如转移等病理事件的基础。

细胞的机械稳定性及其移动能力由细胞骨架——一个动态的蛋白质管和丝状网络——来保证。肌动蛋白丝在这个系统中扮演主要角色。它们通过聚合单个肌动蛋白来自我组装。

速度需求

"平均而言，细胞每小时可以移动大约30-50微米——大约每天1毫米。对于一个微米大小的细胞来说，这当然不算快，"多特蒙德马普所所长Stefan Raunser说。"然而，驱动这种移动的分子过程必须以'极快'的速度发生。"

在几秒钟内，肌动蛋白丝在细胞膜下方生长，推动细胞膜前进。几乎同样迅速地，这些丝状结构必须被拆卸，以防止无效的伸长，并确保向细胞膜传递最佳的动力。解聚过程由三种蛋白质——冠蛋白、丝切蛋白和AIP1——共同调控，但其潜在的机制此前一直不清楚。

榨取每一分速度

"我们使用冷冻电子显微镜，获得了16个3D结构，展示了这些蛋白质如何在肌动蛋白丝上协同作用，"该研究的第一作者、Raunser实验室的前博士后（现荷兰癌症研究所青年组长）Wout Oosterheert解释道。"我们首次能够以如此高的细节观察肌动蛋白丝的解聚过程，结果发现这个过程涉及多个协调的步骤。换句话说，我们揭示了一场蛋白质之间的舞蹈——一种分子层面的编排。"

首先，冠蛋白附着在肌动蛋白丝上，并通过变构效应加速ATP水解后仍与肌动蛋白结合的磷酸盐的释放。这也引发了丝状结构扭转角度的一个微小变化，为多个丝切蛋白的结合做好了准备。

丝切蛋白的结合将冠蛋白从丝状结构上推开，为AIP1创造了一个结合平台。AIP1随后像一个夹具一样：它抓住并"挤压"丝状结构，破坏肌动蛋白单元之间的连接，最终导致快速的切断。

从结构到疗法？

所阐明的机制中有许多步骤是此前未曾预料到的。其他课题组先前的研究曾认为丝切蛋白是切断肌动蛋白丝的主要蛋白质，AIP1仅作为辅助蛋白。然而，马克斯·普朗克研究人员的研究表明，AIP1才是实际执行切断任务的蛋白质。

"我们的结构研究使我们能够重新定义肌动蛋白丝解聚过程中关键因子的作用，"Raunser说。这些蛋白质中任何一个的失调都与多种疾病有关——从癌症到免疫紊乱，再到肌病。

"我们的工作现在为肌动蛋白动力学提供了一个机制框架，这可能最终有助于开发新的治疗药物，"Oosterheert补充道。"从科学角度来看，能够如此详细地观察到冠蛋白、丝切蛋白和AIP1的协同作用也着实令人兴奋。这突显了肌动蛋白网络的解聚实际上是受到多么精细的调控。"（生物谷Bioon.com）

参考文献：
Wout Oosterheert et al, Choreography of rapid actin filament disassembly by coronin, cofilin, and AIP1, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.09.016.