网格蛋白介导的内吞作用在节肢动物的研究进展探讨-动物学论文-生物学论文

网格蛋白介导的内吞作用在节肢动物的研究进展探讨-动物学论文-生物学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：网格蛋白是一种分布广泛的笼形蛋白，其介导的内吞作用在多细胞与单细胞生物中具有至关重要的作用。

网格蛋白的内吞作用机制主要是包裹货物的囊泡的形成、断裂与回收等阶段。

在目前的研究中发现，节肢动物体内营养物质的吸收、dsRNA的干扰、病毒的传播等生理过程均是通过该蛋白内吞作用进行的。

本文主要就网格蛋白介导的内吞作用在节肢动物的研究进展予以介绍。

关键词：网格蛋白; 内吞作用; 节肢动物;ADVANCES IN RESEARCH ON CLATHRIN OF ARTHROPODSKuang Ce-yan Zhou Rong-qiong Zhou Jin-linCollege of Animal Science, Southwest University Shanghai Institute of Veterinary Medicine,CAASAbstract：Clathrin is a widely distributed protein whose mediated endocytosis plays a crucial role in multicellular and unicellular organisms. The endocytosis mechanism of clathrin is mainly the stage of formation, fragmentation and recovery of vesicles enveloping goods. In the current research, it was found that physiological processes such as absorption of nutrients, interference of dsRNA, and transmission of viruses in arthropods were carried out by this action. This article mainly introduces the research progress of clathrin-mediated endocytosis in arthropods.Keyword：Clathrin; endocytosis; arthropod;1 网格蛋白发现网格蛋白至今已有40余年，人们对于该蛋白的形态、结构与功能一直在进行不断地探索。

研究表明网格蛋白分布广泛，存在于多种生物中，为一种笼形结构蛋白，分子大小在180 kDa左右，在生物体内主要具有介导营养物质、病毒、细菌等进入生物体内的功能。

1.1网格蛋白的发现1975年，Barbara Pearse[1] 无意间在显微镜下观察到了西红柿切片样的结构，经过与同事的分析与讨论，他们认为该结构与5年前Toku Kanaseki和Ken Kadota[2] 在论文中所描述的形似篮子的水泡样结构相似，随后她对涂层囊泡纯化并进行SDS-PAGE分析，证明该分子为大小约180 kDa的单一蛋白质，同年她将自己的研究结果撰写成论文并发表。

她所发现的这个分子就是我们现在所熟知的网格蛋白（Clathrin）[1]。

1.2网格蛋白的结构对于网格蛋白涂层囊泡的结构研究可以追溯到19 年，Tom Roth和Keith Porter[3]在观察蚊子卵母细胞摄取卵黄蛋白的过程中发现了涂层囊泡，他们将网格蛋白的结构当作是由自然排斥力产生，而非机械作用。

直至Kanaseki 和Kadota[2] 在观察分离的涂层囊泡后，将其描述为一种由六边形转为五边形的球体。

1976年，Pearse[4]与其他科学家合作，对网格蛋白涂层囊泡进行了高纯度的分析纯化，发现网格蛋白为12个五边形和若干六边形组成的笼形。

1980年，John Heuser[5]首次在电镜下看到了网格蛋白为六边形组成的球形。

1979年，Jim Keen[6,7]通过分离提取网格蛋白，发现其中不仅含有高分子低聚物，还存在另一种较低分子量的蛋白质，随后经过研究发现，低分子量蛋白的功能可能为辅助高分子量蛋白组装，随后他将低分子量蛋白命名为组装多肽或APs（衔接蛋白），随着科学家们对网格蛋白结构的深入研究，网格蛋白由轻链和重链形成的三足结构也在1981年被揭示[8]。

1.3网格蛋白的功能在随后的几十年中，科研工作者对网格蛋白的功能研究进行了不断地探索，其中最为人们熟知的是网格蛋白介导的内吞作用。

由于网格蛋白结构非常保守，在多细胞生物体内如果发生变异，对多细胞生物都具有非常大的影响，甚至是致命的。

在不同生物体内，网格蛋白形成的囊泡大小不同，在多细胞生物中网格蛋白主要参与内吞作用，而该功能对于单细胞生物中可能并不是必需的。

网格蛋白介导的内吞作用是货物借助网格蛋白外壳包裹入囊泡中的入胞方式，是蛋白质-蛋白质和蛋白质-脂质相互作用的高度协调的级联，它在高等真核生物中具有神经传递、信号转导和许多质膜活性调节等功能[9]。

2 网格蛋白的内吞机制网格蛋白的内吞机制主要依赖于包裹货物的囊泡的形成、断裂与回收。

囊泡形成的形态学阶段是通过各种蛋白质复合物的形成来反应的。

通过对超微结构和细胞生物学的观察，我们可以将其大致分为五个阶段：起始、货物选择、涂层组装、断裂和脱壳，这些过程中不同的生物体也有一定的差异。

2.1起始形态学观察显示，在起始阶段，网格蛋白囊泡形成凹坑的膜内陷。

参与该阶段蛋白复合物包括FCH结构域（FCHO）蛋白、EGFR 途径底物15（Eps15）和交叉蛋白[9,10]，这个蛋白复合物聚集在网格蛋白囊泡形成的凹坑内，在Eps15上具有多个衔接蛋白-2（AP2）的结合位点，可以招募货物选择阶段中的核心蛋白AP2，从而与网格蛋白进行衔接。

2.2货物选择在网格蛋白介导的内吞途径中，囊泡内除网格蛋白以外，最丰富的蛋白是AP2，该蛋白能特异性的作用于质膜[10]，通过亚基和亚基直接与跨膜受体的细胞质尾部中的序列相互作用，并使用其附属的结构域间接连接货物与衔接蛋白[11]；AP2可以结合网格蛋白和多种辅助蛋白，从而与货物各自特异性衔接蛋白一起介导货物的选择。

在网格蛋白包被的凹坑中，它起到了与其他蛋白互作的核心作用，也在质膜上囊泡的形成中起到关键作用[12,13]。

研究表明，参与该阶段还有装配蛋白-180(AP180)，其N-端同源结构域也可以与其他蛋白相互作用[14]，不仅参与调控囊泡中网格蛋白的高效组装，而且对于囊泡蛋白质的回收也十分重要。

但FCHO蛋白同样也具有与配体结合的结构域，所以货物具体选择的时间可能发生的更早。

2.3网格蛋白涂层组装由于货物、AP2或货物特定的衔接蛋白选择和结合后是裸露的，因此需要组装网格蛋白外壳，货物才可以由囊泡包裹进入细胞中。

网格蛋白的聚合使膜的弯曲会导致涂层凹坑内陷。

网格蛋白由AP2蛋白聚集后，其三足结构从细胞质中汇集到细胞膜上，在合适的位点与组织形成包裹货物的囊泡凹坑。

在这一阶段，有许多蛋白附着在囊泡的边缘，对囊泡的弯曲与稳定起到一定的作用，例如起始阶段的Eps15和Epsin[15]；另一些衔接蛋白，如AP2，AP180和Epsin与网格蛋白一起互相作用，形成柔性区域从而使质膜变形。

2.4囊泡断裂网格蛋白在形成凹坑以后，BAR结构域的蛋白质将募集发动蛋白（Dynamin）。

Dynamin是一种机械化学酶，在该阶段的网格蛋白包被囊泡出芽过程中起决定性作用[16]。

另一方面，囊泡断裂是一个GTP-依赖的构象变化过程。

Dynamin经历GTP水解后发生了构象的改变，可能有助于Dynamin介导囊泡断裂[17]。

2.5脱壳与网格蛋白的回收网格蛋白外壳主要是通过热休克同源物70（HSC70）及其辅助因子，辅助蛋白（Auxili）或非神经元组织中的细胞周期蛋白G相关激酶（GAK）等相互作用，将其形成的网格蛋白晶格排列结构分解为其基础的三足结构[9,18]。

游离和未被网格蛋白包裹的囊泡将进入至靶内体中并与其融合。

网格蛋白的三足结构在网格蛋白囊泡出芽后，募集Auxili，再由Auxili募集HSC70以获得最大解体[19,20]，脱壳以后，网格蛋白将释放至细胞质中，待下一轮网格蛋白囊泡形成过程中被重新使用。

3 网格蛋白的内吞作用在节肢动物中的研究虽然研究人员在许多生物中对网格蛋白的形态、功能、作用机制都进行了探索，但在节肢动物中的研究并不是十分深入。

众所周知，节肢动物在自然界中作为许多病原体的载体具有一定的特殊性。

目前对于网格蛋白在节肢动物中的研究仅存在个别亚门。

在节肢动物中，除了对网格蛋白介导的内吞机制的研究以外；有很多研究发现病原体或者其他物质能够通过网格蛋白介导的内吞作用进入节肢动物。

3.1昆虫纲3.1.1果蝇在对果蝇网格蛋白介导的内吞作用的研究中，研究人员不仅对网格蛋白在果蝇体内作用进行了观察与验证，而且通过许多试验发现了这一作用涉及到的相关蛋白以及这些蛋白与网格蛋白的关系。

网格蛋白在果蝇的生殖和产卵中具有至关重要的作用。

1993年，Bazine等[21]对果蝇中的网格蛋白重链进行了克隆，他们发现其与哺乳动物及酵母的同源性高达80%，且该基因位于X染色体上，在精子的发生中具有特殊的作用，结合之前对于卵黄蛋白的分析，他们认为网格蛋白在对正常分子的内化、分选、加工、分泌以及特定细胞类型中的分化、运输及发育具有至关重要的作用。

2009年，Wingen 等[22]通过免疫荧光的方法清晰的观察到了网格蛋白重链在果蝇幼虫与胚胎中的表达，且通过共标记的方法发现其与反式高尔基体网络部分接触，并与早期内吞作用的标记物共定位。

2014年，Jha和M. Traub[23]观察到在黑腹果蝇卵室内卵黄发生过程中通过网格蛋白介导的内吞积累卵黄，可溶性分子被吸收到卵黄发生的果蝇卵室中的现象。

果蝇作为模式生物，在果蝇中网格蛋白介导的内吞作用机制同样引发了研究人员的兴趣。

在哺乳动物参与网格蛋白介导内吞途径中的分子，如衔接蛋白、Dynamin、HSC70、Auxili等在果蝇中均有报道且具有一定的生物功能。

Burgess等[24]发现，衔接蛋白-1（AP-1）和网格蛋白对果蝇的分泌颗粒的生物发生十分重要，而分泌颗粒是调节激素，消化酶和其他生物活性分子的分泌所必需的；另一种衔接蛋白GGA在高尔基体和内吞途径之间的许多生物学上重要跨膜蛋白的细胞内分选中起作用，Hirst等[25]报道GGA在果蝇的头部和睾丸中高度表达，且对GGA进行了干扰以后并未对其精子发生造成影响，可能是由于GGA与AP-1作用相似，所以在果蝇体内替代了GGA的功能；Liu等[26]研究卵黄蛋白进入卵母细胞的过程中发现，果蝇卵母细胞中有效的内吞摄取和成熟需要Dynamitin/p50，卵黄蛋白只有通过内吞途径被贩运，并储存在浓缩的蛋黄颗粒中，才能用作发育中胚胎的食物来源；Chang等[27]表明在Hsc70突变后，网格蛋白脱壳活性降低，很可能抑制了网格蛋白囊泡的脱壳，对网格蛋白介导的内吞作用有一定的影响；zhou等[28]研究表明Auxilin是Hsc70的辅助蛋白，是网格蛋白的调节因子，与网格蛋白和Hsc70一样，在果蝇精子发生的过程中具有重要作用，它参与网格蛋白囊泡的构成，以产生足够的质膜用于精子细胞形态发生；Auxilin还参与精子的发生，雄性不育可能是由于其辅助作用缺失造成的。