质膜(Plasma membranes，PMs) 是一种高度ky开云手机版的结构，理论上膜上的脂质和蛋白质可以自由扩散。许多来源于动物细胞的研究表明，位于PM上的蛋白质并不是简单的在其平面内自由扩散，而是被限制在细胞骨架网络中，细胞骨架通过限制PM蛋白的横向扩散，进而对胞吞作用及信号转导过程产生促进效应。然而，在植物细胞领域，细胞骨架对植物PM蛋白横向扩散的限制机制仍处于未知状态，且细胞骨架与胞吞作用之间的关联亦鲜有文献报道。
近日，ky开云手机版林金星/崔亚宁团队在Plant Physiology杂志在线发表了题为“The cytoskeleton controls the dynamics of plasma membrane proteins and facilitates their endocytosis in plants”的研究论文。该研究在高时空分辨率的水平上揭示了植物细胞中不同PM蛋白的异质性，并证明了细胞骨架与PM蛋白动力学及胞吞作用之间的紧密联系，为进一步阐明植物细胞信号转导的复杂机制提供理论参考。
该研究利用单分子技术及细胞生物学方法分析探究三类不同定位的6种PM蛋白的分布模式和动力学行为，发现植物细胞中不同PM蛋白在分布以及动力学上均具有异质性 (图1)。利用药物处理 (Oryzalin或Lat B) 来研究细胞骨架对PM蛋白动力学的影响，结果发现除外膜锚定蛋白外，其余PM蛋白的运动速度在细胞骨架破坏后均显著增加，且Oryzalin处理效果更为明显，说明细胞骨架是限制PM蛋白运动的主要屏障，且微管的限制作用更为显著。
植物PM蛋白可通过胞吞作用内化至胞质中。该研究利用共聚焦显微镜对细胞骨架破坏后PM蛋白的胞内转运过程进行观察，发现含有PM蛋白的BFA小体在细胞骨架解聚后明显变小，且微丝破坏后的效果更为明显，说明PM蛋白内化后形成的囊泡在微丝骨架破坏后大部分无法正常聚集，即完整的肌动蛋白细胞骨架对于货物囊泡的聚集至关重要 (图2)。进一步的实验结果表明细胞骨架元件，特别是微丝骨架，通过阻碍货物蛋白募集到网格蛋白包被小窝或膜微结构域来调节蛋白质的胞吞作用。
图2 细胞骨架调节PM蛋白的胞吞作用
综上所述，该研究通过多种单分子技术发现植物细胞中不同PM蛋白具有异质性，并揭示细胞骨架可以显著限制除糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白 (GPI-AP) 外的PM蛋白横向扩散。此外，该结果强调了细胞骨架，特别是微丝骨架，参与PM蛋白的胞吞运输过程并影响包被囊泡的货物招募。
北京林业大学崔亚宁副教授为本文的通讯作者，硕士研究生罗鹏云和左新秀为本文的共同第一作者。林金星教授给予该工作总体指导。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项基金项目 (QNTD202301) 、国家自然科学基金项目 32370740, 32030010, 32170689) 、北京市科技新星计划 (20230484251)、国家重点研发计划项目 (2022YFF0712500)、北京林业大学5·5工程科研创新团队项目 (BLRC2023C06) 等项目的资助与支持。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae403
作者：崔亚宁
审核：杜庆章