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Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 155 (2023) Citare questo articolo

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L'assemblaggio dinamico del complesso Synaptic-solubile N-etilmaleimide-sensibile al fattore di attacco REceptor (SNARE) è cruciale per comprendere la fusione della membrana. Lo studio d'insieme tradizionale raccoglie la sfida di sezionare l'assemblaggio dinamico del complesso proteico. Qui, applichiamo una forza minima su un complesso proteico legato attraverso pinzette ottiche a doppia trappola e studiamo la dinamica di ripiegamento del complesso SNARE sotto forza meccanica regolata dalla complessina-1 (CpxI). Ricostruiamo il morsetto e facilitiamo le funzioni di CpxI in vitro e identifichiamo diversi meccanismi di interazione del legame del frammento CpxI sul complesso SNARE. In particolare, mentre il dominio N-terminale (NTD) svolge un ruolo dominante nella funzione di facilitazione, il CTD è principalmente correlato al bloccaggio. E la miscela di 1-83aa e CTD di CpxI può ricostituire in modo efficiente il segnale inibitorio identico a quello delle funzioni CpxI a lunghezza intera. La nostra osservazione identifica l'importante ruolo chaperone della molecola CpxI nell'assemblaggio dinamico del complesso SNARE sotto tensione meccanica e chiarisce la funzione specifica di ciascun frammento delle molecole CpxI nel processo chaperone.

Il trasporto delle vescicole è coinvolto in una serie di importanti attività cellulari, come il rilascio di neurotrasmettitori, la secrezione di ormoni e il trasporto intracellulare. Il cattivo funzionamento del trasporto delle vescicole porta al difetto degli organelli e alla disfunzione cellulare. È correlato alla comparsa e allo sviluppo di molte malattie come malattie neurodegenerative, diabete, infezioni e deficienza immunitaria. Le ricerche sul trasporto delle vescicole sono state più volte riconosciute dai premi Nobel. Nonostante l’importanza, la comprensione del complesso e delicato trasporto intracellulare è ancora preliminare e provvisoria, e molti dei meccanismi regolatori più fini del trasporto vescicolare devono ancora essere ulteriormente chiariti. Tra queste, le cellule nervose sono le più rappresentative nel trasporto delle vescicole, a causa dell'esistenza di un tipo speciale di vescicole nelle cellule nervose, le vescicole sinaptiche, che partecipano al rilascio di neurotrasmettitori.

Il rilascio del neurotrasmettitore e la comunicazione intercellulare richiedono la fusione della membrana, che avviene in un millisecondo1. La fusione della membrana è guidata da proteine ​​di fusione cruciali, come le proteine ​​SNARE (Synaptic-solubili N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment REceptor) della macchina molecolare. Neuron SNARE comprende tre tipi di proteine ​​monomeriche: sintassina, SNAP-25 (proteina associata al sinaptosoma 25 kDa) e VAMP (proteina di membrana associata alla vescicola)2. SNARE ha un tipico dominio ripetitivo eptanucleotide (motivo SNARE), in cui diverse proteine ​​monomeriche SNARE contribuiscono con residui centrali di arginina (R) o glutamil (Q) sullo strato ionico. Pertanto, i monomeri SNARE sono divisi rispettivamente in R- o Q-SNARE3. VAMP è R-SNARE e ha un motivo SNARE. Snap-25 e Syntaxin-1 sono entrambi Q-SNARE, rispettivamente con due e un motivo SNARE. Nell'ipotesi SNARE4, diverse vescicole hanno diversi “SNARE vescicali” (V-SNARE, vale a dire VAMP), e i membri bersaglio hanno il “target-SNARE” (T-SNARE, sintassina e SNAP-25). Solo quando il V-SNARE e il T-SNARE corretti si riconoscono a vicenda è possibile assemblare correttamente il complesso SNARE per guidare la fusione delle vescicole e delle membrane plasmatiche.

Nel frattempo, molte proteine ​​regolatrici, ad esempio il fattore sensibile N-etilmaleimide (NSF), le proteine ​​adattatrici solubili dell'NSF (SNAP), la complessina (Cpx) e la sinaptotagmina-1, sono coinvolte nella regolazione della cerniera SNARE e sono cruciali per la fusione della membrana. si verificano in modo efficiente nel momento preciso in vivo4,5. In assenza di SNAP e NSF, i tre monomeri SNARE si combinano per formare un fascio stabile a quattro eliche, ovvero il complesso SNARE5,6. Gli approcci d'insieme tradizionali non sono in grado di sezionare l'assemblaggio dinamico di SNARE e sono insufficienti per registrare gli stati disassemblati meno popolati7,8. Inoltre, l'assemblaggio funzionale del SNARE avviene in presenza della forza opposta imposta dalle membrane caricate negativamente, che ha un grande impatto sulla cinetica e sulla regolazione dell'assemblaggio del SNARE9,10.