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蛋白质Atg8与磷脂酰乙醇胺(PE)脂质的共价结合可积极改变膜形态。

Membrane morphology is actively transformed by covalent binding of the protein Atg8 to PE-lipids.

作者信息

Knorr Roland L, Nakatogawa Hitoshi, Ohsumi Yoshinori, Lipowsky Reinhard, Baumgart Tobias, Dimova Rumiana

机构信息

Department of Theory and Bio-Systems, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Potsdam, Germany.

Frontier Research Center, Tokyo Institute of Technology, Yokohama, Japan.

出版信息

PLoS One. 2014 Dec 18;9(12):e115357. doi: 10.1371/journal.pone.0115357. eCollection 2014.

DOI:10.1371/journal.pone.0115357
PMID:25522362
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4270758/
Abstract

Autophagy is a cellular degradation pathway involving the shape transformation of lipid bilayers. During the onset of autophagy, the water-soluble protein Atg8 binds covalently to phosphatdylethanolamines (PEs) in the membrane in an ubiquitin-like reaction coupled to ATP hydrolysis. We reconstituted the Atg8 conjugation system in giant and nm-sized vesicles with a minimal set of enzymes and observed that formation of Atg8-PE on giant vesicles can cause substantial tubulation of membranes even in the absence of Atg12-Atg5-Atg16. Our findings show that ubiquitin-like processes can actively change properties of lipid membranes and that membrane crowding by proteins can be dynamically regulated in cells. Furthermore we provide evidence for curvature sorting of Atg8-PE. Curvature generation and sorting are directly linked to organelle shapes and, thus, to biological function. Our results suggest that a positive feedback exists between the ubiquitin-like reaction and the membrane curvature, which is important for dynamic shape changes of cell membranes, such as those involved in the formation of autophagosomes.

摘要

自噬是一种涉及脂质双层形状转变的细胞降解途径。在自噬开始时,水溶性蛋白Atg8通过与ATP水解偶联的类泛素反应与膜中的磷脂酰乙醇胺(PEs)共价结合。我们用一组最少的酶在巨型囊泡和纳米级囊泡中重建了Atg8缀合系统,并观察到即使在没有Atg12 - Atg5 - Atg16的情况下,巨型囊泡上Atg8 - PE的形成也会导致膜的大量微管化。我们的研究结果表明,类泛素过程可以主动改变脂质膜的性质,并且蛋白质引起的膜拥挤在细胞中可以被动态调节。此外,我们提供了Atg8 - PE曲率分选的证据。曲率的产生和分选直接与细胞器形状相关,因此与生物学功能相关。我们的结果表明,类泛素反应与膜曲率之间存在正反馈,这对于细胞膜的动态形状变化很重要,例如那些参与自噬体形成的变化。

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