296: ESCRT-III

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

ESCRT-III蛋白質CHMP1B（藍色）和IST1（綠色）的螺旋纖維。膜以灰色示意。
ESCRT-III蛋白質CHMP1B（藍色）和IST1（綠色）的螺旋纖維。膜以灰色示意。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

細胞膜是構成細胞的牆壁，在每個細胞周圍形成保護屏障，並在內部形成諸如細胞核之類的隔間。然而，細胞膜並不像我們家中的牆壁那樣固定不變。細胞會不斷修改細胞膜，以滿足它們的最新需求，創建合適的隔間，並控制不同隔間之間的交通。在這過程中，ESCRT蛋白起到了輔助作用，它可以重塑細胞膜，並擠壓碎片以產生囊泡。這種作用反映在"運輸所需的內體分類複合物"（Endosomal Sorting Complexes Required for Transport）這一名稱中。 ESCRT-III 在其中發揮核心作用，為重塑細胞膜做出了貢獻。

擠壓蛋白質

細胞中會產生幾種不同類型的ESCRT-III蛋白，它們具有不同的功能。此條目（PDB ID 6tz4）中的結構說明了這些蛋白質是如何以螺旋方式組裝在一起，在細胞膜的管狀部分周圍形成一個類似衣領的結構。這個大型組合體由CHMP1B 和IST1 兩種蛋白質組成。它們聚集在一起，在中間形成一個狹窄的頸部結構，使膜變薄並最終將其擠出。例如，此過程可用於將小囊泡從大的內體隔間中擠出。

由內而外

令人驚訝的是，許多類型的ESCRT-III以相反的方式工作，像套筒一樣將薄膜拉到螺旋外側。這樣，膜就會從內部收縮，如後面章節的圖表所示。這種反向機制在我們的細胞中發揮許多重要作用。例如，當細胞分裂時，ESCRT-III透過縮小最終連接部分，來幫助兩個子細胞分離。同樣，它透過堵塞細胞膜上的孔洞來幫助修復亞細胞傷口。它對於管理細胞特定的膜幾何結構也很重要，例如纖毛的長延伸和神經細胞的分支結構。

被劫持的助手

HIV-1 從受感染細胞表面萌芽的動畫場景。ESCRT-III顯示為藍綠色。
HIV-1 從受感染細胞表面萌芽的動畫場景。ESCRT-III顯示為藍綠色。

HIV-1劫持了ESCRT 系統，使其能夠協助病毒完成生命週期的最後階段。當病毒從受感染細胞表面發芽時，ESCRT-III會縮小連接病毒與細胞的頸部，最終讓病毒並逃脫。如Janet Iwasa 製作的這張圖所示，ESCRT-III被認為是螺旋狀的，並逐漸收縮細胞膜；在這幅HIV-1 生命週期的動畫中可以看到整個過程。

塑造光合作用

VIPP1 是兩種螺旋結構的集合體，上部具有18 倍對稱性，下部具有14 倍對稱性。
VIPP1 是兩種螺旋結構的集合體，上部具有18 倍對稱性，下部具有14 倍對稱性。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

在許多細胞類型中，與ESCRT-III類似的蛋白質用於膜的形成。如圖所示，VIPP1有助於管理藍細菌複雜的光合膜。據認為，與它相關的蛋白質在綠藻和植物中也起著同樣的作用。圖中所示的兩種蛋白質（PDB ID 7o3w和7o3z）的結構揭示了它們在膜小管周圍收縮時如何形成不同直徑的螺旋組合。

探索結構

ESCRT-III的架構

顯示方式: 静止图像

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ESCRT-III蛋白具有強烈的動態性，當它們與膜結合時會出現不同的構象，逐漸變成較小的螺旋形狀。例如，在細胞質中，ESCRT-III蛋白CHMP3處於封閉、非活性狀態，如PDB ID 3frt所示。在其他ESCRT 蛋白的幫助下，CHMP3 開啟並與CHMP2A結合，形成收縮膜的螺旋組合，如PDB ID 7zcg所示。點擊圖表下方的按鈕，切換到互動式可操作圖像，比較這兩種結構。

進一步的討論議題

  1. 許多蛋白質協助ESCRT-III重新組裝細胞膜。例如，PDB ID 6ap1的結構顯示了蛋白質Vps4 如何在收縮過程中分解ESCRT-III的纖維。

參考文獻

  1. 7zcg Azad, K., Guilligay, D., Boscheron, C., Maity, S., De Franceschi, N., Sulbaran, G., Effantin, G., Wang, H., Kleman, J.P., Bassereau, P., Schoehn, G., Roos, W.H., Desfosses, A., Weissenhorn, W. 2023 Structural basis of CHMP2A-CHMP3 ESCRT-III polymer assembly and membrane cleavage. Nat Struct Mol Biol 30 81-90
  2. Schlosser, L., Sachse, C., Low, H.H., Schneier, D. 2023 Conserved structures of ESCRT-III superfamily members across domains of life. Trends Biochem Sci 48 993-1004
  3. 7o3w、7o3z Gupta, T.K., Klumpe, S., Gries, K., Heinz, S., Wietrzynski, W., Ohnishi, N., Niemeyer, J., Spaniol, B., Schaffer, M., Rast, A., Ostermeier, M., Strauss, M., Plitzko, J.M., Baumeister, W., Rudack, T., Sakamoto, W., Nickelsen, J., Schuller, J.M., Schroda, M., Engel, B.D. 2021 Structural basis for VIPP1 oligomerization and maintenance of thylakoid membrane integrity. Cell 184 3643-3659.e23
  4. Liu, J., Tassinari, M., Souza, D.P., Naskar, S., Noel, J.K., Bohuszewicz, O., Buck, M., Williams, T.A., Baum, B., Low, H.H. 2021 Bacterial Vipp1 and PspA are members of the ancient ESCRT-III membrane-remodeling superfamily. Cell 184 3660-3673.e18
  5. 6tz4 Nguyen, H.C., Talledge, N., McCullough, J., Sharma, A., Moss 3rd, F.R., Iwasa, J.H., Vershinin, M.D., Sundquist, W.I., Frost, A. 2020 Membrane constriction and thinning by sequential ESCRT-III polymerization. Nat Struct Mol Biol 27 392-399
  6. McCullough, J., Frost, A., Sundquist, W.I. 2018 Structures, functions, and dynamics of ESCRT-III/Vps4 membrane remodeling and fission complexes. Ann Rev Cell Develop Biol 34 85-109
  7. Han, H., Monroe, N., Sundquist, W.I., Shen, P.S., Hill, C.P. 2017 The AAA ATPase Vps4 binds ESCRT-III substrates through a repeating array of dipeptide-binding pockets. Elife 6 e31324
  8. McCullough, J., Clippinger, A.K., Talledge, N., Skowyra, M.L., Saunders, M.G., Naismith, T.V., Colf, L.A., Afonine, P., Arthur, C., Sundquist, W.I, Hanson, P.I, Frost, A. 2015 Structure and membrane remodeling activity of ESCRT-III helical polymers. Science 350 1548-1551
  9. 3frt Bajorek, M., Schubert, H.L., McCullough, J., Langelier, C., Eckert, D.M., Stubblefield, W.M., Uter, N.T., Myszka, D.G., Hill, C.P., Sundquist, W.I. 2009 Structural basis for ESCRT-III protein autoinhibition. Nat Struct Mol Biol 16 754-762

本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2024年8月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

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