通过极端显微镜揭示酵母膜中的岛屿

格罗宁根大学的微生物学家已经可视化了面包酵母细胞膜上的小岛。这些膜隔室似乎在使用前储存转运蛋白。科学家观察到这些蛋白质在酵母的质膜中移动得非常缓慢，并发现它们如何穿过膜进入岛屿。他们使用最先进的超分辨率光学显微镜进行了这些观察。结果于2月5日在Nature Communications上发表。

直到大约10年前，关于细胞生物学的教科书将细胞膜显示为具有随机插入的膜蛋白的同质脂质双层。但是，这种观点有不同阶段的哺乳动物细胞膜发现显著改变细胞。脂质组合物在膜上的“岛”上可以不同，这影响蛋白质分布。然而，关于酵母细胞中的类似结构知之甚少。

“20世纪60年代后期的电子显微镜研究显示酵母膜中存在凹陷，但它们没有详细研究，因此被视为样品制备的假象，”格罗宁根大学生物化学教授Bert Poolman解释道。“然后，大约10年前，这些萧条被重新发现。科学家观察到附着在膜内侧的香蕉形蛋白质，这些蛋白质被证明是造成这些洼地的原因。”

Poolman决定研究酵母膜中的这些凹陷有多种原因。“我们深入参与了一个用分子成分构建合成细胞的项目。所以我们需要了解很多关于膜以及如何掌握膜蛋白的知识。”此外，eisosomes是Poolman研究小组的行业合作伙伴感兴趣的许多转运蛋白的优先位置。

转运

通过使用不同的荧光标记物来标记膜中的转运蛋白和内侧的香蕉形蛋白，Poolman小组确定哪些蛋白质与eisosomes共定位。由于凹陷仅约50纳米深，并且异构体的尺寸最大为150×100纳米，因此需要极高的分辨率。“幸运的是，我们的实验室拥有一套专用显微镜，可以获得如此极高的分辨率，并结合观察活细胞中单个分子所需的高灵敏度。”超分辨率显微镜的经验和膜生物化学方面的专业知识使该组能够提供所需分辨率的图像。

研究表明，一些氨基酸转运蛋白优先定位于eisosome中。“但只有当没有可用的底物时，”Poolman解释道。“如果我们添加正确的氨基酸，蛋白质就会从eisosome移开，可能是因为它在底物结合状态下呈现出不同的构象。”他的假设是，eisosomes保护转运蛋白免于回收。“蛋白质在细胞中合成，然后通过胞吐作用转运到细胞膜上。但是，当它们不在eisosome中时，这些蛋白质会通过内吞作用迅速被吸收。”因此转运蛋白被瞬时“储存”在eisosomes中。当细胞外存在适当的底物时，

扩散

并非所有蛋白质都存在于eisosomes中。Poolman说：“例如，我们注意到具有大细胞内结构域的膜蛋白不能进入它们。”他们提出，膜内侧的香蕉形蛋白质阻碍了细胞内结构域，阻碍了它们向细胞体的扩散。

Poolman小组还评估了蛋白质在酵母质膜中扩散的速度。他们观察到这比哺乳动物细胞或酵母细胞内膜低约一千倍。“酵母质膜更坚硬。它可以承受相对高浓度的酒精或酸。这显然会影响蛋白质的扩散。”

该研究的结果提供了对酵母细胞膜的功能的更好的了解，更具体地是对于eisosome岛。他们还提供有关膜转运蛋白的生物发生和运输的新信息，这些信息及时可以提高酵母的工业生产力。

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