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近日，精密測量院楊俊研究團隊與華中科技大學生命科學與技術學院教授馬聰合作，利用固體核磁共振和膜融合實驗手段揭示了SNARE復合體在磷脂膜環境中的組裝機制（圖1），對理解細胞生命活動中的膜融合過程具有重要意義，相關研究成果發表于化學類綜合性期刊《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.）。
SNARE復合體在去垢劑和磷脂膜環境中不同的組裝機制
膜融合過程在生物體內的多種生理活動中普遍存在，大多數有效并可控的膜融合過程是由SNARE蛋白之間的協同作用所介導的。在神經元中，三個SNARE蛋白Synaptobrevin-2 (Syb-2)，Syntaxin-1 (Syx-1)和SNAP-25組裝成SNARE復合體，驅動突觸囊泡和質膜融合以釋放神經遞質。盡管前人在SNARE復合體結構和功能的研究方面均取得了重大進展，但是SNARE復合體在膜融合過程中的組裝機制仍然存在諸多爭議。其中爭議較大的是SNARE所介導的膜融合過程是否需要SNARE復合體從N端一直組裝到跨膜區域的C末端。
固體NMR可在磷脂膜環境中對膜蛋白的結構和動態進行探究。SNARE復合體的組裝可分為多個階段，每個階段都與特定的膜融合步驟相關。在本研究中，研究者通過構建磷脂膜環境中的復合體I、II和III以模擬SNARE復合體介導膜融合過程中的三個組裝階段：復合體I、II、III均由全長的Syb-2和SNAP-25蛋白參與組裝，但是含有不同氨基酸序列長度的Syx-1蛋白，即通過改變Syx-1蛋白的氨基酸序列長度，調控SNARE蛋白組裝的終點，以制備處于不同組裝階段的樣品。最后，利用固體核磁共振表征Syb-2蛋白在不同組裝階段中構象和動態的變化，揭示磷脂膜環境中SNARE復合體的組裝機制。
該研究基于固體NMR和膜融合實驗的研究結果，提出了SNARE復合體在磷脂膜環境中的組裝機制：SNARE復合體從N端組裝到靠近磷脂分子層的C端，加速囊泡與質膜的靠近，并將機械力和能量傳遞到外膜界面。而后，松散組裝且高度動態的跨膜區域會擾動其周邊磷脂的排布，從而誘發囊泡與質膜的內膜發生接觸并促進內膜融合。該研究顯示SNARE復合體在磷脂膜環境中和去垢劑環境中存在不同的結構狀態，證明了磷脂膜環境對SNARE復合體結構和功能的重要調控作用。
磷脂膜環境中SNARE復合體的組裝機制
該研究以“Structural Mechanism of Soluble N-ethylmaleimide-sensitive Factor Attachment Protein Receptor (SNARE) Complex Assembly in Lipid Bilayers Revealed by Solid-state NMR”為題在線發表，精密測量院為該工作的第一完成單位，精密測量院博士后張艷和華中科技大學博士胡亞茹為論文的共同第一作者。教授馬聰和研究員楊俊為論文的共同通訊作者。
該研究得到了國家科技重大專項和國家自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00764