谷歌搜索“SNARE蛋白质”，神经科学家爱德华查普曼获得了一系列图像，显示了螺旋状分子，当他们抓住两个细胞的外膜时交织在一起。“他们没有在维基百科上给我们信任，但我们画了那幅卡通片，”他说，带着美味的讽刺。“现在我们已经证明这种模式是错误的，”他说。“教科书需要调整。”

SNARE蛋白产生“融合孔”，使化合物通过细胞内的细胞或亚组分。SNARE在包含细胞核的所有生物体中构建融合孔，这一范围从许多单细胞生命形式开始，并通过植物和动物向人类移动。

查普曼说，毛孔和构建它们的SNARE蛋白可能在10亿年前进化而来。

这意味着融合毛孔的结构和功能在生物学中起着根本的作用，霍华德休斯医学研究所研究员，威斯康星大学麦迪逊分校神经科学教授查普曼说。

“有些人认为细胞是一个原生质袋，但实际上它包含数百或数千个细胞器，每个细胞器被膜包围，”他说。“所有这些细胞器都包含或处理各种物质，并响应无数信号。为了发射或吸收一种物质，这些容器需要在膜上形成融合孔。”

2013年，诺贝尔奖被授予发现SNARE和膜融合的主题。根据传统观点，当形成融合孔时，SNARE蛋白质以类似拉链的作用锁定到位，从而形成基本上不会闭合的结构。

也就是说，它们形成管道，在通常不可渗透的膜上形成“哑”连接。

但是在2018年1月31日在Nature上发表的研究中，Chapman的研究小组表明，毛孔的功能不像管道，更像是高度复杂，敏感和触发快乐的阀门，可以每秒打开和关闭数千次。“我希望我们会看到很多重新思考，”他说。“管道被堵塞是一回事。让一个大部分关闭，但闪烁瞬间开启是另一回事 - 反之亦然。”

查普曼说：“我们的研究表明，较旧的观点 - 即SNARE组合成复合物然后融合发生 - 是不正确的。”“相反，SNARE拉链和解开，并在它们打开后驱动融合孔的动态变化。”

这项新研究基于查普曼及其同事设计的一种装置，该装置首次可以准确记录融合孔隙何时打开和关闭。根据孔中SNARE蛋白的数量及其直径，他们发现孔可能几乎完全闭合。它可能是关闭的，但每半秒左右就会爆裂一次。它可能正好相反。

或者它可能模仿传统智慧并保持开放。

“这是意想不到的灵活性，意想不到的动态，”查普曼说。“融合毛孔被认为是开放或封闭的东西。信号通过，或者没有。但是当我们在微秒时间尺度上研究它们时，我们看到了一些非常意外的东西。有三种SNARE蛋白存在，它们闪烁开放，但大多是封闭的。有五个SNARE，大多数时间它们是开放的，但它们会暂时关闭。有七个SNARES，它们大多是开放的。“

Chapman说，如果不通过这些孔隙进行膜融合，许多在细胞或细胞器内制造的物质就会被困住。“膜融合是具有细胞核的生物的基本问题，”包括酵母在内的一类。“当人们认为人脑含有大约10到15个突触时，在一天的过程中会在我们的大脑中形成无数的融合孔。直到现在我们才开始了解这些神秘的纳米尺度的结构和动力学。分子机器。“

在神经系统中，融合孔通过将化学信息从一个神经元的轴突传递到另一个神经元的狭窄间隙来构成信号传导。融合毛孔在生物学的其他方面也是基础，从餐后胰岛素的释放到病毒进入靶细胞。

发现的关键是共同作者Huan Bao和Chaasis实验室博士后研究人员Debasis Das的创新，在Yihao Jiang和Baron Chanda的帮助下，他们是单通道录音的世界领导者。他们一起创造了一种装置，用于测量通过纯化组分构建的重组融合孔的电流流动。

“Huan和Debasis能够精确测量个体人工融合孔的性质和行为，”Chapman说。“我们可以用前所未有的时间分辨率测量孔隙开度 - 不到千分之一秒 - 这些人在这些微妙的测量中领先世界。”

Chapman说，以前，开口是在几秒钟内测量的，但更好的分辨率使得当前的结果更加复杂和有趣。“我们问的问题是，'用于驱动融合的SNARE数量是否会影响结果?'答案是肯定的，但它的细微差别，取决于毛孔中SNARE的数量，以及可能还有很多其他因素。“

Chapman说，其他通过细胞膜移动分子和离子的通道缺乏这种灵活性。例如，钙通道仅使用一个必需蛋白质单位。“生物学可以设计融合孔总是需要相同数量的SNARE，但事实并非如此。”

这是演化基于实用性选择的公理，而这种共同的结构是那些运作良好的结构。Chapman说，由于融合孔存在于所有具有细胞核的生物体中，因此它们必须成为解决kibitz与邻居普遍需求的极其成功的解决方案。“我们认为这对细胞之间的沟通有广泛的影响。”

查普曼说，新发现的孔隙结构与开口之间关系的复杂性指向了几种有趣的可能性。短暂地“泄漏”其内容物的孔可使受体细胞对信号脱敏。例如，谷氨酸是一种神经递质，通常会激活接受它的细胞。如果融合孔开放，谷氨酸的小泄漏可能使其不敏感而不是激活其邻居，从而导致抑制，而不是激发。“这似乎是矛盾的，但对于经典的兴奋性神经递质来说，这将是一个新功能，”查普曼说。

Chapman承认，这个想法是有争议的，但在导致肾上腺分泌物的融合孔中也可以看到类似的效果。“当分泌细胞以低强度刺激时，融合孔保持很小，只有小分子，如肾上腺素和类似激素，被释放。如果孔被刺激，它会打开并释放更大的肽激素，在周围神经系统中扮演着不同的角色。因此，毛孔的大小决定了这些细胞的功能。“

Chapman补充说，融合孔结果非常令人惊讶，评论者需要在酵母SNARE上进行“另一个完整的实验”。“我们发现了相同的结果。如果改变蛋白质的数量，就会改变开口的性质。我们认为我们可能会遇到一种新的膜融合原理，”查普曼说。“如果毛孔保持很小，则会有一个不同的物理续集，而不是前进和扩张，立即释放整个信号。这是我们甚至无法猜测的行为，直到我们有这个时间分辨率，这让我们看到了什么这些恶魔实际上正在做。它不是全部或全部，是或否;它被评分。“

他总结说，结果可能仅仅因为融合毛孔无处不在而广泛应用。“介导几乎所有膜融合事件的蛋白质机制的行为结果非常聪明。生物学在这里提出了一些奇怪的东西。这是一种更加细致入微的方式。”