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双环 SNAREpin 机械装置的调节实现快速突触囊泡融合。

Dual-Ring SNAREpin Machinery Tuning for Fast Synaptic Vesicle Fusion.

机构信息

Univ Paris Est Creteil, Univ Gustave Eiffel, CNRS, UMR 8208, MSME, F-94010 Créteil, France.

Laboratoire de Physique de l'École Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité, F-75005 Paris, France.

出版信息

Biomolecules. 2024 May 19;14(5):600. doi: 10.3390/biom14050600.

DOI:10.3390/biom14050600
PMID:38786007
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11117985/
Abstract

During neurotransmission, neurotransmitters are released less than a millisecond after the arrival of the action potential. To achieve this ultra-fast event, the synaptic vesicle must be pre-docked to the plasma membrane. In this primed state, SNAREpins, the protein-coiled coils whose assembly provides the energy to trigger fusion, are partly zippered and clamped like a hairpin and held open and ready to snap close when the clamp is released. Recently, it was suggested that three types of regulatory factors, synaptophysin, synaptotagmins, and complexins act cooperatively to organize two concentric rings, a central and a peripheral ring, containing up to six SNAREpins each. We used a mechanical model of the SNAREpins with two separate states, half-zippered and fully zippered, and determined the energy landscape according to the number of SNAREpins in each ring. We also performed simulations to estimate the fusion time in each case. The presence of the peripheral SNAREpins generally smoothens the energy landscape and accelerates the fusion time. With the predicted physiological numbers of six central and six peripheral SNAREpins, the fusion time is accelerated at least 100 times by the presence of the peripheral SNAREpins, and fusion occurs in less than 10 μs, which is well within the physiological requirements.

摘要

在神经递质传递过程中,神经递质在动作电位到达后的不到一毫秒内释放。为了实现这个超快速事件,突触囊泡必须预先停靠在质膜上。在这种预组装状态下,SNAREpins(其组装提供触发融合的能量)的卷曲蛋白部分拉链,并像发夹一样夹住,并保持打开状态,准备在夹子释放时迅速关闭。最近,有研究表明,三种调节因子,突触小泡蛋白、突触融合蛋白和复合物,协同作用来组织两个同心环,一个中央环和一个外围环,每个环包含多达六个 SNAREpins。我们使用了具有两个独立状态的 SNAREpins 的力学模型,即半拉链和完全拉链,并根据每个环中的 SNAREpins 数量确定了能量景观。我们还进行了模拟,以估计每种情况下的融合时间。外围 SNAREpins 的存在通常会使能量景观平滑,并加速融合时间。在预测的生理数量的六个中央和六个外围 SNAREpins 存在的情况下,融合时间至少会被加速 100 倍,并且融合发生在不到 10μs 内,这完全符合生理要求。

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