编辑推荐：
生物通报道：细胞膜是二维流动性膜，其中的分子通过径向扩散均匀分布。但许多重要的分子过程依赖于皮层极性（Cortical polarity，生物通编者译）——局部地区特异膜蛋白的浓度上升。Max Planck 研究所的Roland Wedlich-Soldner与哈佛大学医学院等单位的同事合作，对层极性形成机制和动态维持分子不对称分布的机制进行研究和定量。研究过程中，他们将活细胞实验和数学模型结合，发现膜上的极性区被精确限定。这种新方法是朝量化细胞模型的空间、时间迈出的重要一步。
生物通报道：细胞膜是二维流动性膜，其中的分子通过径向扩散均匀分布。但许多重要的分子过程依赖于皮层极性（Cortical polarity，生物通编者译）——局部地区特异膜蛋白的浓度上升。Max Planck 研究所的Roland Wedlich-Soldner与哈佛大学医学院等单位的同事合作，对层极性形成机制和动态维持分子不对称分布的机制进行研究和定量。研究过程中，他们将活细胞实验和数学模型结合，发现膜上的极性区被精确限定。这种新方法是朝量化细胞模型的空间、时间迈出的重要一步。
皮质极性是许多细胞过程如细胞分裂、局部细胞生长、物质分泌和胚胎发育相关步骤的先觉条件。为了实现膜蛋白不对称分布，需要花费很长的时间使分子聚集和发挥功能，只有通过净效应能够超过扩散的积极、定向运输，才能实现必要的分子集中。Wedlich-Soldner说：“我们想知道建立和维持皮层极性的原理是什么，想量化它们的作用。”除了抑制局部地区分子浓度升高的扩散过程外，还有两种分子机制影响膜蛋白的分布：刚刚描述过的活性传输过程依赖于细胞骨架将分子或整个细胞器朝特定方向运输，细胞内吞（endocytosis）过程使细胞吸收膜分子。
图：A）酵母细胞的皮层极性：荧光Cdc42分子在酵母细胞膜上形成一个cap（箭头）。白杠代表2微米。B）皮层极性及其分子机制示意图：扩散（双向箭头），活性迁移（指向浆膜的箭头）和内吞作用（背向浆膜的箭头），这三种作用使Cdc42分子聚集（蓝圈）形成cap。
此次，研究小组采用芽殖酵母模式系统表达Cdc42。Cdc42是皮层极性的重要调节者，突变会阻碍细胞极性的建立和维持，引发癌症。Cdc42在细胞膜中不对称分布，形成一个Cdc42聚集区，研究人员称其为“cap”，可用作细胞分裂时子细胞生长的标志。为了建立Cdc42分子cap，需要聚集在细胞膜的精确位点上。新数据说明这个过程大部分是由内吞作用完成的。这个过程通过纳入囊泡形式纳入部分浆膜——同时也是Cdc42运动的过程。Cap中心的Cdc42通过定向运输更新，内吞作用使capb边缘变得整齐。“我们首次看见细胞建立空间精确定位的cap的过程”Wedlich-Soldner说，“看起来像是切断的。”
这些发现说明扩散、活性运输和内吞作用的平衡足够用来解释异常精确的皮层极性形成过程。“我们的模式系统非常简单，因此非常适合分析，”Wedlich-Soldner说，这是首次在系统水平描述、定量这三种重要机制的作用，所获数据朝弄清生物系统以动态、精确方式建立不对称分子分布更进一步。此研究过程中，酵母细胞只是抽象数学方法的模型，因为扩散、活性运输和内吞作作用在简单生物、植物和较高等动物建立、维持皮层极性过程中发挥的作用相似。“因此我们认为，我们的结果应该是普遍适用的，” Wedlich-Soldner说。（生物通记者 小粥）
原文：
Eugenio Marco, Roland Wedlich-Söldner, Rong Li, Steven J. Altschuler und Lani F. Wu
Endocytosis Optimizes the Dynamic Localization of Membrane Proteins that Regula
生物通微信公众号
生物通 版权所有
