《PNAS》膜融合的新机制

时间：2024年4月24日

来源：PNAS

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这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，为细胞膜融合的机制提供了新的见解，并为未来的研究和治疗提供了新的方向。随着对SNARE蛋白和膜融合过程更深入的理解，科学家们希望能够开发出更有效的治疗方法，以改善患者的生活质量。

在一项开创性的研究中，德克萨斯大学西南医学中心的科学家们利用先进的分子动力学模拟，揭示了SNARE蛋白如何促进细胞膜融合的分子机制。这一发现不仅为理解神经递质释放的过程提供了新的视角，而且可能对治疗多种神经系统疾病具有重要意义。

SNARE蛋白是细胞膜融合的关键介质，它们通过形成紧密的螺旋复合体来促进神经递质的释放。传统上，科学家们认为SNARE蛋白通过机械力将细胞膜拉近并融合，类似于拉链的作用。然而，这一理论并不能完全解释SNARE蛋白如何实现快速的膜融合。

在这项研究中，科学家们使用了Frontera超级计算机——世界上最快的超级计算机之一，进行了全原子分子动力学模拟。模拟涉及大约530万个原子的相互作用，揭示了SNARE蛋白在膜融合中的新机制。研究结果表明，SNARE蛋白不仅将细胞膜拉近，还通过促进局部脂质重排来诱导快速融合，而不是通过螺旋体施加的机械力。

特别值得注意的是，模拟显示多不饱和脂肪酸（PUFAs）对膜融合的高速率有促进作用。这些脂质对于大脑健康至关重要，它们的参与暗示了它们在神经递质快速释放中的重要性。

研究负责人Jose Rizo-Rey博士表示，尽管模拟结果需要进一步的实验验证，但它们与多年来的其他细胞融合研究结果非常吻合。这些发现不仅在物理化学上具有意义，而且可能对开发新的神经系统疾病治疗方法具有指导意义。

Rizo-Rey博士指出，膜融合是一个普遍存在的过程，它在神经元的通信中起着至关重要的作用。神经元通过释放神经递质来相互交流，而这一过程依赖于囊泡与细胞膜的融合。由于膜融合在多种生理过程中的作用，这一发现可能对治疗阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症、癫痫以及其他依赖于膜融合的疾病，如糖尿病、心脏病、高血压和癌症，具有潜在的影响。

这项研究是细胞生物学和神经科学领域的一个重大进展。通过揭示SNARE蛋白在细胞膜融合中的作用，科学家们为理解神经系统的工作原理提供了新的视角，并为开发新的治疗策略奠定了基础。随着进一步的研究，这些发现有望转化为创新的医疗手段，为患者带来新的希望。