2023年5月9日，华中科技大学生命科学与技术学院马聪教授和中国科学院精密测量科学与技术创新研究院刘买利院士和杨俊研究员在国际权威期刊《Journal of the American Chemical Society》上合作发表题为“Structural Mechanism of Soluble N-ethylmaleimide-sensitive Factor Attachment Protein Receptor (SNARE) Complex Assembly in Lipid Bilayers Revealed by Solid-state NMR”的研究论文。

图1. SNARE复合体在去垢剂和磷脂膜环境中不同的组装机制

膜融合过程在生物体内的多种生理活动中普遍存在，大多数有效并可控的膜融合过程是由SNARE蛋白之间的协同作用所介导的。在神经元中，三个SNARE蛋白Synaptobrevin-2 (Syb-2)，Syntaxin-1 (Syx-1)和SNAP-25组装成SNARE复合体，驱动突触囊泡和质膜融合以释放神经递质。尽管前人在SNARE复合体的结构和功能的研究方面均取得了重大进展，但是SNARE复合体在膜融合过程中的组装机制仍然存在不少争议。其中争议较大的是SNARE所介导的膜融合是否需要SNARE复合体从N端一直组装到跨膜区域的C末端。

固体NMR可在磷脂膜环境中对膜蛋白的结构和动态进行探究。该研究通过构建磷脂膜环境中的复合体I、II和III以模拟SNARE复合体介导膜融合过程中的三个组装阶段，并利用固体NMR对这三个复合体中Syb-2蛋白的构象和动态变化进行了表征。该研究基于固体NMR和膜融合实验的研究结果，提出了SNARE复合体在磷脂膜环境中的组装机制：SNARE复合体从N端组装到靠近磷脂分子层的C端，加速囊泡与质膜的靠近，并将机械力和能量传递到外膜界面。而后，松散组装且高度动态的跨膜区域会扰动其周边磷脂的排布，从而诱发囊泡与质膜的内膜发生接触并促进内膜融合。该研究显示SNARE复合体在磷脂膜环境中和去垢剂环境中存在不同的结构状态，证明了磷脂膜环境对SNARE复合体结构和功能的重要调控作用。

图2. 磷脂膜环境中SNARE复合体的组装机制

中国科学院精密测量科学与技术创新研究院博士后张艳和华中科技大学生命科学与技术学院博士胡亚茹为论文的共同第一作者。马聪教授和杨俊研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家科技重大专项和国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00764