细胞膜在维持细胞的完整性和功效性方面起着至关主要的作用。然而，它们执行这些角色的机制尚未完全被明确。日内瓦大学（UNIGE）的科学家与格勒诺布尔结构生物学研究所（IBS）和弗里堡大学（UNIFR）相助，使用冷冻电子显微镜视察了质膜上的脂质和卵白质在机械应力下的相互作用和反应。研究发明，在差别条件下，小的膜区域可以稳固种种脂质，从而触发特定的细胞反应。这些发明揭晓在《自然》杂志上，证实了有组织的脂质域的保存，并最先展现它们在细胞生涯中的作用。
细胞被一层膜困绕——质膜，它既是物理屏障，又必需具有可塑性。这些特征泉源于膜的组成因素——脂质和卵白质，它们的分子组织会凭证外部情形的转变而转变。这种动态性关于膜的功效至关主要，但必需细腻平衡，以确保膜既不过于主要也不过于松懈。细胞怎样感知质膜生物物理特征的转变，被以为涉及膜上的微区域——即微区，它们被假设具有特定的脂质和卵白质含量和组织。
图1：自然泉源的eisosomes保存了一个未受滋扰的质膜微区。
高区分率冷冻电子显微镜
由日内瓦大学科学学院分子和细胞生物学系的全职教授Robbie Loewith向导的团队，研究质膜的组成因素怎样相互作用，以确保膜的整体生物物理特征坚持在最优状态，从而支持细胞生长和生涯。
图2：Pil1/Lsp1 AH在MCC-eisosome膜微区中稳固甾醇。
“直到现在，现有的手艺还不可让我们在膜的自然情形中研究脂质。谢谢日内瓦、洛桑、伯尔尼和洛桑联邦理工学院的Dubochet成像中心（DCI），我们得以通过使用冷冻电子显微镜来战胜这一挑战，”Robbie Loewith诠释道。这种手艺可以将样品冷冻至-200°C，以捕获膜的本态，然后在电子显微镜下视察。
图3：通过使用已知组成因素的脂质往返复纯化的Pil1，可以识别出其结构特征。
科学家们使用了面包酵母（Saccharomyces cerevisiae），这种模式生物在许多研究实验室中被普遍使用，由于它很是容易作育和举行遗传操作。别的，它的大大都基本细胞历程与高等生物相似。这项研究集中在一种由卵白质外壳支持的特定膜微区，即冷冻区。这些结构被以为能够隔离或释放卵白质和脂质，资助细胞对抗和/或转达膜损伤信号，通过以前未知的历程。
图4：破损脂质团结的突变会影响MCC-eisosome在体内的形态和功效。
“我们首次乐成纯化并视察到了包括质膜脂质的冷冻区，这在明确它们的功效方面是一个真正的前进，”日内瓦大学科学学院生物化学系的博士后学生、该研究的配相助者Markku Hakala诠释道。
将机械信号转换为化学信号
图5：三维变异性剖析展现了Pil1/Lsp1晶格的舒展及其对原生源MCC-eisosome膜组织的影响。
通过冷冻电子显微镜，科学家们视察到这些微区的脂质组织在机械刺激下爆发了转变。“我们发明，当冷冻区卵白质格子被拉伸时，微区内脂质的重大排列爆发了转变。这种脂质的重组可能使被隔离的信号分子释放，从而触发压力顺应机制。sunbet研究展现了一种通过卵白质-脂质相互作用将机械应力转化为生化信号的分子机制，这是亘古未有的细节，”日内瓦大学分子和细胞生物学系的博士后研究员、该研究的第一作者Jennifer Kefauver兴奋地说道。
这项事情为研究膜分区——即卵白质和脂质在膜内移动形成的被称为微区的亚区——的基本作用开发了许多新途径。这一机制使细胞能够执行特定的生化功效，特殊是在响应可能袒露的种种压力时，激活细胞通讯路径。
杂志：Nature
DOI：10.1038/s41586-024-07720-6
