拟南芥中网格蛋白介导的选择性胞吞的调控机制

Clathrin-mediated endocytosis is an essential process for extracellular nutrient delivery and signaling transduction, and it plays an important role in organism growth and development. However, at present, the mechanism for the clathrin-mediated endocytosis in plants is still poor. Especially, the selective mechanism for clathrin-mediated endocytosis remains unclear. So in this work, based on our previous investigations, we will explore the mechanism for clathrin-mediated endocytosis by combining experiment technology and molecular simulation technique. Firstly, we will study the dynamics pathway of clathrin-coated vesicle formation at the plasma membrane by variable-angle total internal reflection fluorescence microscopy (VA-TIRFM) and molecular dynamics simulation (MD) method. Then, we will further use experimental technique and dissipative particle dynamic simulation (DPD) to explore the relationship between the self-assembly of clathrin and the endocytosis of material. Finally, we will reveal the selective mechanism of clathrin-mediated endocytosis by dissipative particle dynamic simulation. In this course of the investigation, some new methods and techniques including molecular simulation technique, variable-angle total internal reflection fluorescence microscopy, and transmission electron microscopy (TEM) will be used. The results of this investigation will reveal the selective mechanism for clathrin-mediated endocytosis, and therefore promote the development of cell biology.

网格蛋白介导的胞吞作为实现物质跨膜运输和信号传递的重要生命过程，对维持机体的生长和发育起着重要作用。然而，目前对于拟南芥中网格蛋白介导的胞吞机理尚不明确，尤其是对物质选择性运输的调控机制仍较匮乏。基于此，本项目在前期工作的研究基础上，采用实验技术和分子模拟技术相结合的创新手段，系统的研究网格蛋白介导的选择性胞吞的调控机制，着重开展以下三个方面的研究：（1）借助可变角度全内反射荧光显微术和分子动力学模拟相结合的手段，分析网格蛋白诱发膜弯曲变形的动力学途径；（2）通过实验技术及耗散粒子动力学模拟，探究网格蛋白的自组装过程与物质胞吞过程的关系；（3）运用耗散粒子动力学模拟方法，研究网格蛋白介导的胞吞对物质选择性运输的调控机制。本研究借助分子模拟技术、可变角度全内反射荧光显微术、透射电子显微术等新技术，旨在阐释拟南芥中网格蛋白介导的选择性胞吞的调控机制，为细胞生物学的进一步发展奠定基础。

网格蛋白介导的胞吞作为细胞主要的胞吞形式，对动植物体内营养物质的摄取、调控质膜蛋白水平、分泌小泡和膜的融合、以及某些特殊细胞的功能都起到重要的作用。然而目前对于网格蛋白自组装的动力学机理，以及网格蛋白介导的胞吞对物质选择性运输的调控机制仍不明确。基于此本项目针对过去研究的主要问题和不足，着重研究了网格蛋白介导的选择性胞吞的动力学机理。主要研究结果如下：(1) 对网格蛋白介导的囊泡形成的动力学过程的研究发现网格蛋白在细胞膜表面自组装形成的囊泡尺寸存在一定的范围。通过对网格蛋白的浓度，表面张力等影响因素的研究发现网格蛋白介导的囊泡形成过程中，网格蛋白诱发细胞膜弯曲变形和磷脂膜的表面张力之间存在竞争关系。（2）基于对网格蛋白和细胞膜之间相互作用机理的研究发现，只有当“网格蛋白-网格蛋白”之间的结合能大于“网格蛋白-磷脂膜”之间的结合能时，网格蛋白在磷脂膜表面的自组装才能有效的诱发囊泡的形成。（3）网格蛋白介导的胞吞对纳米物质的尺寸具有选择性。会协助小尺寸纳米物质的胞吞；加速中等尺寸纳米物质的胞吞；减慢甚至抑制大尺寸纳米物质的胞吞。本课题的研究工作为揭示网格蛋白介导的选择性胞吞的调控机理奠定了一定的理论基础。