296: ESCRT-III

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

ESCRT-III蛋白质 CHMP1B（蓝色）和 IST1（绿色）的螺旋纤维。膜以灰色示意。
ESCRT-III蛋白质 CHMP1B（蓝色）和 IST1（绿色）的螺旋纤维。膜以灰色示意。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

细胞膜是构成细胞的墙壁，在每个细胞周围形成保护屏障，并在内部形成诸如细胞核之类的隔室。然而，细胞膜并不像我们家中的墙壁那样固定不变。细胞会不断修改细胞膜，以满足它们的最新需求，创建合适的隔室，并控制不同隔室之间的交通。在这一过程中，ESCRT蛋白起到了辅助作用，它可以重塑细胞膜，并挤压碎片以产生囊泡。这种作用反映在 "运输所需的内体分拣复合物"（Endosomal Sorting Complexes Required for Transport）这一名称中。ESCRT-III 在其中发挥着核心作用，为重塑细胞膜做出了贡献。

挤压蛋白质

细胞中会产生几种不同类型的 ESCRT-III蛋白，它们具有不同的功能。此条目（PDB ID 6tz4）中的结构说明了这些蛋白质是如何以螺旋方式组装在一起，在细胞膜的管状部分周围形成一个类似衣领的结构。这个大型组合体由 CHMP1B 和 IST1 两种蛋白质组成。它们聚集在一起，在中间形成一个狭窄的颈部结构，使膜变薄并最终将其挤出。例如，这一过程可用于将小囊泡从大的内体隔室中挤出。

由内而外

令人惊讶的是，许多类型的ESCRT-III以相反的方式工作，像套筒一样将膜拉到螺旋外侧。这样，膜就会从内部收缩，如后面章节的图表所示。这种反向机制在我们的细胞中发挥着许多重要作用。例如，当细胞分裂时，ESCRT-III通过缩小最终连接部分，来帮助两个子细胞分离。同样，它通过堵塞细胞膜上的孔洞来帮助修复亚细胞伤口。它对于管理细胞特定的膜几何结构也很重要，例如纤毛的长延伸和神经细胞的分支结构。

被劫持的助手

HIV-1 从受感染细胞表面萌芽的动画场景。ESCRT-III显示为蓝绿色。
HIV-1 从受感染细胞表面萌芽的动画场景。ESCRT-III显示为蓝绿色。

HIV-1劫持了 ESCRT 系统，使其能够协助病毒完成生命周期的最后阶段。当病毒从受感染细胞表面发芽时，ESCRT-III会缩小连接病毒与细胞的颈部，最终让病毒并逃逸。如 Janet Iwasa 制作的这幅图所示，ESCRT-III被认为是螺旋状的，并逐渐收缩细胞膜；在这幅 HIV-1 生命周期的动画中可以看到整个过程。

塑造光合作用

VIPP1 是两种螺旋结构的集合体，上部具有 18 倍对称性，下部具有 14 倍对称性。
VIPP1 是两种螺旋结构的集合体，上部具有 18 倍对称性，下部具有 14 倍对称性。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

在许多细胞类型中，与ESCRT-III类似的蛋白质用于膜的形成。如图所示，VIPP1有助于管理蓝细菌复杂的光合膜。据认为，与它相关的蛋白质在绿藻和植物中也起着同样的作用。图中所示的两种蛋白质（PDB ID 7o3w和 7o3z）的结构揭示了它们在膜小管周围收缩时如何形成不同直径的螺旋组合。

探索结构

ESCRT-III的结构

显示方式: 静止图像

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ESCRT-III蛋白具有很强的动态性，当它们与膜结合时会出现不同的构象，逐渐变成较小的螺旋形状。例如，在细胞质中，ESCRT-III蛋白CHMP3处于封闭、非活性状态，如 PDB ID 3frt所示。在其他 ESCRT 蛋白的帮助下，CHMP3 打开并与CHMP2A结合，形成收缩膜的螺旋组合，如 PDB ID 7zcg所示。点击图表下方的按钮，切换到交互式可操作图像，比较这两种结构。

进一步的讨论议题

  1. 许多蛋白质协助ESCRT-III重新组装细胞膜。例如，PDB ID 6ap1的结构显示了蛋白质 Vps4 如何在收缩过程中分解ESCRT-III的纤维。

参考文献

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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《当月的分子》2024年8月的文章的中文翻译。请参考我们的条款和条件页面。

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