全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (2): 127~136 127
收稿 2012-12-16　　修定 2013-01-07
资助 中国博士后科学基金特别资助(200902365)、中央高校基
本科研业务费专项资金(DL09DA02)和国家自然科学基金
(30970223)。
* 通讯作者(E-mail: lixinli1@gmail.com; Tel: 0451-82191905)。
Dsl1复合体及其拟南芥同源复合体的最新研究动态
赵潇男, 马洪娜, 李季, 李立新*
东北林业大学盐碱地生物资源环境研究中心, 东北油田盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室, 哈尔滨150040
摘要: 真核细胞中, 各细胞器之间的物质交流是通过膜泡运输完成的。膜泡运输依赖多种跨膜蛋白和可溶性蛋白的协同作
用来完成。膜泡运输主要包括运输囊泡的出芽(budding)、定向移动(transport)、拴留(tethering)、锚定(docking)和膜融合
(fusion)过程。运输囊泡与靶膜融合的特异性依赖多种保守的跨膜蛋白和可溶性蛋白完成, 如衣被蛋白(coat)、拴留蛋白
(tether)、SNARE蛋白、SM蛋白和Rab蛋白等。其中, 拴留因子负责运输囊泡和靶膜最初的接触。从高尔基体到内质网的
逆行性运输过程中起作用的拴留因子是Dsl1复合体及其同源复合体。关于Dsl1复合体的研究目前已经有一定的进展, 本文
将对Dsl1复合体及其同源物的组成和功能进行介绍。
关键词: 膜泡运输; 拴留; Dsl1复合体; MAG2复合体; COPI小泡
Latest Update of Dsl1 Complex and Its Arabidopsis Homologous Complex
ZHAO Xiao-Nan, MA Hong-Na, LI Ji, LI Li-Xin*
Key Laboratory of Saline-alkali Vegetation Ecology Rest Oration in Oil Field of Ministry of Education, Alkali Soil Natural Envi-
ronmental Science Center, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China
Abstract: In eukaryotic cells, the communication between various organelles is mediated by vesicle transport.
Vesicle transport relies on the cooperation of various transmembrane proteins and soluble proteins. Vesicular
transport includes the process of vesicle budding, transport, tethering, docking and fusion. The specificity of
transport vesicles fuse to target membrane depends on conserved transmembrane proteins and soluble proteins,
such as coats, tethers, SNAREs, SM proteins and Rab proteins. Tethering factors are responsible for the initial
contact of transport vesicles with target membrane. Tethering factors which playing the role on retrograde trans-
portation from the Golgi apparatus to ER (endoplasmic reticulum) are Dsl1 complex and its homologous com-
plex. There is certain progress on research of Dsl1 complex. Here we introduce components and function of
Dsl1 complex and its Arabidopsis homologous complex.
Key words: vesicle transprot; tethering; Dsl1 complex; MAG2 complex; COPI vesicle
在真核细胞中, 运输囊泡介导细胞内各种细
胞器之间的通讯。运输囊泡的衣被蛋白和货物蛋
白/受体在供体膜表面相互作用出芽形成突起, Arf/
Sar家族的小GTPase蛋白在囊泡形成、货物分子
包装、衣被蛋白聚合等过程起关键作用, 随着衣
被蛋白逐渐聚合、货物不断充填, 最终运输囊泡
脱离供体膜形成运输囊泡。运输囊泡或扩散或沿
着细胞骨架被运输到受体细胞器。为了保证运输
囊泡和正确的靶膜融合, 首先要进行校对, 这个过
程称为拴留(tethering)。在拴留过程中, 靶膜上的
拴留因子与运输囊泡相互作用, 辨别正体, 然后将
其拉近靶膜, 进而发生囊泡膜与靶膜的融合。因
此, 拴留因子有两种功能: 第一种是将运输囊泡拴
留在靶膜上, 第二种功能是辨别此囊泡是否可以
与靶膜融合。在拴留完成之后, 囊泡靠近靶膜进
行第二步校对, 这个阶段叫做锚定(docking), 即
SNARE蛋白配对形成复合体。靶膜上的t-SNARE
(target-membrane SNARE)可以识别囊泡上的v-
SNARE (vesicle-membrane SNARE), 识别成功后,
SNARE蛋白形成复合体, 促使囊泡和靶膜接触
(Spang 2012), 在SM蛋白等因子的作用下发生膜融
合(Carr和Rizo 2010)。
拴留因子可以分为两大类: 长的螺线型蛋白
分子和多亚基复合体。目前鉴定出来的多亚基复
合体共有8种, 分别是CORVET (class C core vacu-
植物生理学报128
ole/endosome tethering)、HOPS (homotypic fusion
and protein sorting)和GARP (Golgi-associated ret-
rograde protein)/VFT (Vps fifty three, Vps-vacuolar
protein sorting)、TRAPPI (transport protein parti-
cle)、Dsl1 (depends on SLY1-20)、TRAPPII、
COG (conserved oligomeric Golgi)和exocyst (Cai等
2007a), 它们分别在不同的部位发挥功能(图1)。其
中Dsl1复合体及其同源复合体是目前发现的最简
单的多亚基复合体, 位于内质网, 启动高尔基体产
生的COPI小泡与内质网膜的融合过程 (Spang
2012)。
1 Dsl1复合体成员的结构
Dsl1复合体由Tip20p、Dsl1p和Dsl3p/Sec39p
组成(Spang 2012)。1993年, Sweet和Pelham在对酵
母内质网SNARE蛋白Sec20p的研究中首次发现
TIP20 (SEC twenty interacting protein)。Sec20p和
Tip20p形成的复合体可以结合含有KKXX序列的
蛋白(Sweet和Pelham 1993; Cosson 1997)。Andag
等(2001)在筛选酵母内质网和高尔基体间的v-
SNARE Sec22p的共同致死突变体的过程中发现了
Dsl1。与此同时, Dsl1p和Dsl3p/Sec39p因为与内质
网和高尔基体之间的SM蛋白Sly1p相互作用而被
鉴定出来(Vanrheenen 2001; Reilly 2001)。另外, 有
些研究者在高通量筛选Dsl1p相互作用蛋白时, 也
得到了Dsl3p (Ito等2001)并发现Dsl3p是羧肽酶Y
(carboxypeptidase Y, CPY)加工过程中所必需的
(Mnaimneh等2004)。
李立新等在对拟南芥储藏蛋白质运输异常突
变体的筛选过程中鉴定出内质网拴留因子MAG2,
MAG2的缺失导致了内质网和高尔基体之间的囊
泡运输受阻, 致使大量储藏蛋白前体不能有效运
离内质网而积累在内质网中形成MAG2 Body (Li
等2006)。通过氨基酸序列比对分析发现MAG2有
TIP20/RINT-1结构域, 是Tip20p的同源蛋白。最近,
李立新等又鉴定出了MAG2的相互作用蛋白, 分别
为MIP1 (MAG2-Interacting Protein)和MIP2 (图2)。
经进一步分析发现MIP1和MIP2分别含有Zw10结
构域、Sec39结构域和Sec1结构域(李立新等未发
表数据)。从蛋白分子的同源性看, 拟南芥MAG2
复合体相当于酵母Dsl1复合体, 但还需要进一步的
实验数据进行佐证。
此外, 在哺乳动物也分别发现了Dsl1复合体
的同源复合体-syntaxin18 (Syn18)复合体, 两种复
合体中分别含有包含RINT-1/TIP20结构域的RINT-1、
图1 不同的拴留复合体在不同运输途径中的分布
Fig.1 Tethering complexes distribution in different transport pathways
参考Cai等(2007a)、Schmitt (2010)、Szul和Sztul (2011)和贾美慧等(2012)文献并修改。图中缩写为: Dsl1 (高尔基体-内质网)、COR-
VET (高尔基体-内涵体)、HOPS (内涵体-液泡, 液泡-液泡)、GARP (内涵体-高尔基体)、TRAPPI (内质网-高尔基体)、TRAPPII (高尔基体
内部, 内涵体-高尔基体)、COG (内涵体-高尔基体)和exocyst (高尔基体-质膜, 内涵体-质膜)。
赵潇男等: Dsl1复合体及其拟南芥同源复合体的最新研究动态 129
与Dsl1p同源的Zw10以及含有Sec39结构域的NAG
(表1) (Aoki等2009; Civril等2010)。下面介绍Dsl1
复合体的结构。
1.1 Tip20p的结构
Bryan等(2009)用MAD (multiwavelength
anomalous dispersion)方法得到了酵母Tip20p全长
蛋白质分子的晶体结构。Tip20p是由α螺旋和不同
长度的连接环组成的一系列的α螺旋束结构域。
尽管氨基酸序列的相似性较低, 但Tip20p与exocyst
复合体的4个成员在结构特点上都具有很高的相
似性。同时, COG的几个亚基也与exocyst的亚基
有类似的结构特性。依据亚基间的结构相似性,
拴留复合体可至少分为两个相互独立的家族, 一
个家族包含TRAPPI和TRAPPII复合体, 另一个家
族包含exocyst、COG和Dsl1p复合体(Dong等2005;
Wu等2005; Hamburger等2006; Sivaram等2006; Ca-
vanaugh等2007; Moore等2007)。
Tip20p是exocyst/COG/Dsl1p家族中第一个有
明确完整结构的亚基(Dong等2005; Wu等2005;
Hamburger等2006; Sivaram等2006; Cavanaugh等
2007; Moore等2007), 它含有由4个螺旋束组成的
核心结构, exocyst亚基Exo70p具有与之相同的核
心结构(图3)(Hamburger等2006; Dong等2005;
Moore等2007)。另外, Tip20p还具有N末端螺旋结
构域和C末端结构域。Exo70p形成直线型构象, 而
Tip20p呈弯曲状, 形成尖锐的钩状构象(图3)。
Tip20p的这种特异性的构象可能在热力学上是有
利的。Exo70p和Tip20p及exocyst/COG/Dsl1p其他
亚基采用这种直线或弯曲的动态可变的分子构象,
以有利于循环有效地行使功能(Tripathi等2009)。
1.2 Dsl1p的结构
S. cerevisiae Dsl1p由754个氨基酸构成。Trip-
athi等(2009)首先通过晶体结构分析确定了Dsl1pN
端1~361氨基酸区域 (Dsl1ΔC)主要由α螺旋结构组
成(Tripathi等2009), 这和之前报道的exocyst和
COG亚基的结构相似(Dong等2005; Wu等2005;
Hamburger等2006; Sivaram等2006; Cavanaugh等
2007; Moore等2007) (图3)。Dsl1ΔC与其相关因子
通过各自N末端形成反向平行的α螺旋束, 这些分
子的N端具有结构上的弹性, Dsl1p和Tip20p就是通
过这种配对方式相互结合且具有稳定性(Tripathi
等2009)。同时, Ren等(2009)发现K. lactis Dsl1p的
C端332~686氨基酸片段和S. cerevisiae Dsl1p的C
端相似, 且能够与Sec39p结合。晶体结构分析表
明, K. lactis Dsl1p的C端主要由α螺旋结构组成, 其
中部(367~423氨基酸)是灵活的无规则结构, 能够
形成套索形状。S. cerevisiae Dsl1p中也有相应的
灵活结构, 其长度是K. lactis Dsl1p的2倍。这些灵
活结构包含能够与COPI小泡的衣被蛋白结合的基
序, 可以捕获COPI小泡(图3) (Andag和Schmitt
2003; Zink等2009)。
1.3 Sec39p/Dsl3p的结构
Sec39p由709个氨基酸构成。与Tip20p和
Dsl1p相似, Sec39p主要由α螺旋束组成, 在结构上
也具有灵活性。但与众不同的是在其C端520~680
表1 Dsl1同源复合体
Table 1 Dsl1 homologous complexes
同源复合体 同源蛋白
Dsl1复合体(酵母, S. cerevisiae) Tip20p Dsl1p Sec39p/Dsl3p
MAG2复合体(拟南芥, A. thaliana) MAG2 MIP1/AtZW10 MIP2
Syntaxin18复合体(哺乳动物) RINT-1 Zw10 NAG
　　参考Li等(2006)、李立新等未发表数据、Andag和Schmitt (2003)、Civril等(2010)和Schmitt (2010)文献。
图2 拟南芥MAG2复合体模式图
Fig.2 Schematic model for Arabidopsis MAG2 complex
植物生理学报130
氨基酸区域形成反向平行α螺旋束, 此结构与棒状
Sec39p蛋白分子的长轴互相垂直(Ren等2009), 而
且, Sec39p是通过C末端2个螺旋结构表面具有的
疏水和极性结合区域与Dsl1p相互作用(图3) (Andag
和Schmitt 2003; Tripathi等2009)。
1.4 Dsl1复合体模型
Dsl1复合体为20 nm高的塔状结构, Sec39p和
Tip20p共同形成了塔的根基, 塔顶是Dsl1p, 塔尖是
Dsl1p中部的套索结构。这个套索结构具有弹性,
在复合体顶端能够延伸10 nm或更长, 包含能够结
合运输膜泡衣被蛋白亚基的色氨酸序列(Andag等
2001; Andag和Schmitt 2003; Zink等2009), 适合捕
捉胞质中的COPI小泡(Ren等2009)。Dsl1复合体通
过与内质网膜上的SNARE因子相互作用锚定在内
质网膜上(Tripathi等2009), 如Sec39p与Use1p结
合、Tip20p与Sec20p结合(图4)
Dsl1复合体的结构并非僵硬的铁板一块, 它具
有灵活的“枢纽”。通过电子显微镜观察发现 ,
Dsl1p的中间部位有一个枢纽结构, 它允许Dsl1p分
子从中部改变弯曲角度; Dsl1p和Tip20p之间通过N
末端弹性的反向平行螺旋束相互作用; Sec39p通过
C末端螺旋结构表面的疏水效应和极性作用调节
与Dsl1p的结合(Ren等2009)。这些都使Dsl1复合体
有较大的结构上的灵活性。虽然在结构模型中
Sec39p和Tip20p的SNARE结合区域彼此比较接近,
但是枢纽结构可以使这些亚基在空间上分开(图
4)。Dsl1p中部枢纽近旁的套索结构与COPI小泡的
结合很可能影响枢纽发生变化, 进而控制Sec39p和
图3 Dsl1复合体3个亚基及exocyst复合体亚基Exo70的蛋白晶体结构模式图
Fig.3 Schematic model for crystal structure of three subunits of Dsl1 complex and exocyst complex subunit Exo70
引用Ren等(2009)和Tripathi等(2009)文献。Dsl1复合体亚基Sec39p、Dsl1p和Tip20p以及exocyst复合体亚基Exo70都是由多个α螺旋结
构组成, 有的螺旋束结构域之间具有一定程度的灵活性, Dsl1p的中部还有一个套索结构。
图4 Dsl1复合体与内质网SNARE蛋白相互作用介导高尔
基体到内质网的蛋白质运输过程模式图
Fig.4 Schematic model for the tethering of Golgi-to-ER trans-
port vesicles via attachment of the Dsl1p complex
to the ER SNAREs
参考Tripathi等(2009)和Schmitt (2010)文献修改。
赵潇男等: Dsl1复合体及其拟南芥同源复合体的最新研究动态 131
Tip20p的相对位置(图5) (Ren等2009)。总之, 这些
结构上的灵活性可能与Dsl1复合体在胞质中捕捉
COPI小泡并拉近至内质网膜、以及促进SNARE
复合体的形成等功能循环的连续事件紧密联系。
2 Dsl1复合体及拟南芥MAG2同源复合体各亚基
的功能
2.1 Dsl1复合体的功能
2.1.1 Tip20p及其同源蛋白的功能 Dsl1复合体在
从高尔基体到内质网的逆行性运输过程中发挥功
能。Tip20p是定位在内质网上的膜结合蛋白, 它通
过与内质网SNARE蛋白Sec20p胞质端结构域的相
互作用定位在内质网上。Tip20p的缺失导致酵母
菌羧肽酶(carboxypeptidase Y, CPY)从内质网到高
尔基体的运输过程受阻(Sweet和Pelham 1993)。
Tip20p的突变导致Dsl1复合体不能正确编队, 并且
SNARE复合体的装配大幅减少, 衣被蛋白与Dsl1p
的结合也受到抑制(Diefenbacher等2011)。在
tip20-5和tip20-8中出现高尔基体起源的COPI小泡
和内质网融合的缺陷, 突变虽然不影响内质网起
源的COPII小泡的发生, 但COPII小泡却异常地与
内质网发生逆向融合, 这种现象在正常细胞中是
没有的(Kamena和Spang 2004)。分子动力学模型
指出, 与Tip20p相比, Tip20-8p的N末端和部分螺旋
结构的灵活性增强, 这可能是导致COPII小泡反向
融合的原因(Diefenbacher等2011)。有数据表明,
Tip20p在衣被蛋白的识别或者SNARE复合体的形
成过程中起作用, 或者在二者中都起作用(Spang
2012)。最近的研究结果还表明, 内质网到高尔基
体的顺行性运输途径中COPII小泡的去衣被过程
可能只发生在与高尔基体的拴留过程之中或之后
(Cai等2007b; Lord等2011; Zong等2012)。过量的
COPII衣被组分Sec23p不影响COPII小泡在内质网
上的形成和COPII小泡与高尔基体膜的拴留活动,
但是在后期的与高尔基体的膜融合过程被抑制
(Barlowe 1997)。因此衣被组分可能起标识的作
用, 通过拴留复合体完成最初的识别并将囊泡拉
近靶膜。拟南芥和哺乳动物中的MAG2和RINT-1
是Tip20同源蛋白, MAG2是膜周边蛋白, 在膜泡拴
留过程中起作用mag2突变体中种子储藏蛋白前体
异常积累(Li等2006)。
2.1.2 Dsl1p及其同源蛋白的功能 Tip20p和Sec39p
对拴留复合体与内质网膜起连接作用, 而Dsl1p是
连接Tip20p和Sec39p的桥梁, 并负责识别衣被复合
体亚基特别是α和δ-COP (Andag和Schmitt 2003;
Kraynack等2005; Ren等2009; Tripathi等2009; Die-
fenbacher等2011; Meiringer等2011)。因此, Dsl1p
是最有可能在内质网上将COPI小泡拉近并使其与
t-SNARE相作用的亚基。这个拴留过程不仅对小
泡与内质网的融合过程至关重要, 也可能是促进
甚至导致COPI小泡去衣被的关键步骤。Schmitt研
究室绘制了Dsl1p上与衣被蛋白相互作用的位点,
并发现这些位点与使衣被复合体稳定所必需的位
点是相重叠的(Zink等2009)。Dsl1p的缺失会导致
COPI小泡集群, 并留在细胞质中无法与靶膜融
合。更有趣的是, α-和δ-COP在Dsl1p上的结合位
点非常靠近, 说明在某一特定时间只有一种亚基
可以和Dsl1p结合。所以可能存在一种移交机制:
Dsl1p首先与衣被复合体外层的α-COP发生接触,
图5 Dsl1复合体参与的囊泡拴留过程模式图
Fig.5 Working model for vesicle tethering via the Dsl1 complex
参考赵翔等(2012)、Ren等(2009)和Carr和Rizo (2010)文献修改。① Dsl1复合体通过Dsl1p亚基上的套索结构捕获运输囊泡; ② Dsl1p
与COPI衣被蛋白相互作用, 引起去衣被过程, 同时把囊泡拉近靶膜; ③互相接近的v-SNARE和3个t-SNARE相互识别形成SNARE复合体;
④ SM蛋白牵引SNARE螺旋束, 促进膜融合过程。Dsl1复合体以及SNARE蛋白的颜色标识见图4。红色为SM蛋白。
植物生理学报132
然后, Dsl1p与负责货物识别和结合的衣被复合体
内层的δ-COP结合(Cosson等1996; Eugster等2000;
Michelsen等2007)。换句话说, Dsl1p与α-COP的接
触是为了相互识别, 接下来的与δ-COP的结合可以
减弱货物蛋白与衣被蛋白的相互作用, 有助于衣
被复合体从囊泡上脱离。经历这些过程, 在衣被
下面埋藏的运输囊泡的v-SNARE蛋白暴露出来,
进而和内质网膜上的t-SNARE相互作用形成复合
体, 促进囊泡的锚定和膜融合(Spang 2012)。Dsl1p
在拟南芥和哺乳动物的同源蛋白分别是MIP1和
Zw10, mip1突变体中贮藏蛋白不能有效从内质网
运离, MIP1与MAG2相互作用共同参与内质网的
胁迫应答(Zhao等2012)。
2.1.3 Sec39p/Dsl3p及其同源蛋白的功能 关于
Sec39p在拴留中的具体功能还不很清楚 , 由于
Sec39p的不稳定性, 其功能很难在体外进行研究
(Ren等2009)。体内研究数据支持Sec39p的拴留功
能, 当COPI小泡靠近靶膜, Sec39p与Use1p相互作
用有助于促进SNARE复合体的组装(Kraynack等
2005; Ren等2009; Tripathi等2009; Diefenbacher等
2011)。Sec39p/Dsl3p在拟南芥和哺乳动物的同源
复合体分别为MIP2和NAG。在拟南芥中mip2-1突
变体有纯合致死现象, 说明MIP2基因还对生殖细
胞或胚胎发育过程有至关重要的调控作用(李立新
等未发表数据)。
2.2 MAG2复合体的功能
本研究室最新研究表明, Tip20p、Dsl1p和
Sec39p的拟南芥同源蛋白MAG2、MIP1和MIP2也
是调节蛋白质从内质网到高尔基体运输的内质网
拴留因子。MAG2、MIP1和MIP2在内质网膜上能
够形成稳定复合体, 体外研究表明, MIP1和MIP2
存在两两相互作用 , MAG2只与MIP1有相互作
用。MIP1可能作为MAG2和MIP2的桥梁共同参与
拴留过程, MAG2也能够和内质网上的t-SNARE
AtUfe1和AtSec20相互作用。MAG2和MIP1主要
分布在内质网上, 在胞质中MAG2和MIP1也有少
量分布(Li等2006; 李立新等未发表数据)。mag2、
mip1、mip2突变体中, 种子储藏蛋白质不能有效
地从内质网运离, 导致在内质网腔内大量滞留形
成MAG2 Body, 即种子储藏蛋白质前体的异常高
电子密度聚集体, 这表明这些亚基在储藏蛋白质
相关的运输囊泡从内质网脱离过程中直接或间接
地发挥着重要的调控功能(Li等2006; 李立新等未
发表数据)。mag2突变体种子细胞中2种内质网定
位的分子伴侣PDI (protein disulfide isomerase)和
BiP2 (luminal binding protein 2)积累量增加, 内质
网到高尔基体的顺行性运输和逆行性运输的平衡
被打破 , 但并不影响突变体的生存能力 ( L i等
2006)。 最新研究表明, MAG2能够在种子萌发和
营养生长过程中对环境胁迫做出应答, MAG2和
MIP1/AtZW10的中心区域相互作用, 是植物内质
网应对环境胁迫的重要调节蛋白(Zhao等2012)。
另外, mip2-1突变体有纯合致死现象, 说明MIP2基
因还对生殖细胞或胚胎发育过程有至关重要的调
控作用(李立新等未发表数据)。然而, MAG2复合
体各亚基具体是在哪一个环节起作用还需进一步
的研究来证明。
2.3 Dsl1及同源复合体在分裂期的功能
在细胞分裂间期, Dsl1同源复合体各亚基主
要参与囊泡运输过程, 然而, 有些亚基在细胞分裂
期也发挥着重要的功能。近期的研究发现, Tip20p
可能在细胞核中也行使功能(Spang 2012)。通过电
子显微镜在tip20突变体细胞核中观察到晶体状结
构, 其性质还不清楚。此外, tip20突变体的细胞核
往往支离破碎, 呈现细胞凋亡现象, 说明这些晶体
状可能对酵母细胞的生存有不利影响。Tip20p很
有可能搭载在输入蛋白上进入细胞核, 但是否和
Dsl1复合体作为一个单位进入核内仍然不明 ,
Tip20p在细胞核中的功能目前也不清楚(Spang
2012)。然而, Tip20p哺乳动物同源蛋白RINT-1
(Rad50-interacting protein)可以通过与Rad50 (染色
体结构维持蛋白)相互作用参与细胞分裂期DNA
修复过程(Xiao等2001), 此外RINT-1还参与端粒长
度的调控(Kong等2006)。Dsl1p的哺乳动物同源蛋
白ZW10与Rod和Zwilch组成RZZ复合体(Civril等
2010), RZZ复合体对募集动力蛋白到达着丝点十
分重要, RZZ复合体亚基突变导致染色体分离的缺
陷, 如染色体延滞、姐妹染色单体不分离和细胞
分裂后期连桥等(Karess 2005; Vallee等2006; Civril
等2010)。然而, Dsl1p和Dsl3p是否参与酵母的有
丝分裂, Tip20p是否参与DNA修复和端粒长度的调
控, 还有待进一步研究。在植物中, MAG2和AtZW0
在植物的初期发育和营养生长过程中起调控作用,
研究表明, 在拟南芥早期分泌途径及对胁迫的应
赵潇男等: Dsl1复合体及其拟南芥同源复合体的最新研究动态 133
答过程中也发挥重要功能(Zhao等2012)。拟南芥
MAG2复合体的亚基是否在细胞分裂和胚胎发育
过程中发挥作用也是值得探讨的问题。
3 与Dsl1复合体及其功能相关的因子
高尔基体到内质网的膜泡运输同一般膜泡运
输过程一样, 要经历运输小泡的出芽、移动、拴
留、锚定和融合等过程。这些过程中, 除了Dsl1复
合体外, 还有很多其他的调控因子发挥重要功能, 例
如SNARE、衣被复合体、Rab蛋白和SM蛋白等。
3.1 SNARE因子
SNARE因子在动物、植物和酵母间高度保
守 , 在膜泡运输的锚定和膜融合过程中发挥功
能。SNARE可以分为运输小泡上v-SNARE和在靶
膜上的t-SNARE, 它们可形成四聚trans-SNARE复
合体驱动膜的融合。根据SNARE motif氨基酸序
列的特征, SNARE还可以分为Qa-、Qb-、Qc-和R-
SNARE (Fasshauer等1998)。在酵母中, 定位于内
置网上的t-SNARE为Ufe1p、Use1p和Sec20p, 它们
与定位于靶膜上的v-SNARE Sec22p共同参与从高
尔基体到内质网的逆行性运输过程, Dsl1复合体
通过Tip20p和Sec39p与Sec20p和Use1p结合(Trip-
athi等2009)。Tip20p和Sec39p的哺乳动物同源蛋
白是RINT-1和NAG, 分别与SNARE p31和BNIP1
结合调控高尔基体到内质网的逆行运输。Li等
(2006)研究发现, AtUfe1和AtSec20能与内质网膜
定位的拴留因子MAG2相互作用, 在种子贮藏蛋白
质从内质网到液泡的运输中起重要调控作用。
Bubeck等(2008)研究发现, AtUfe1的过表达会抑制
内质网和高尔基体之间的双向运输, 使内质网的
跨膜蛋白异常蓄积并引起内质网形态的变化。目
前, 关于AtUfe1和AtSec20功能的遗传学分析尚未
见报道。而内质网的Qc-SNARE目前还没有确定,
但有5个候选基因 : SYP71、SYP72、SYP73和
AtUse11、AtUse12。Uemura等(2004)认为SYP7家
族是定位于内质网的Qc-SNARE蛋白, 而Suwastika
等(2008)发现SYP71在营养组织中分布于质膜和
内涵体上, 在分裂旺盛的组织中还分布于内质网
上。因此, SYP7家族可能是有定位的双重性。由于
AtUse1的酵母同源蛋白Use1p/Slt1p是Qc-SNARE,
与Qa-Ufe1p、Qb-Sec20p和R-Sec22p形成SNARE复
合体, 介导高尔基体到内质网的逆行运输中的膜
融合(Burri等2003; Dilcher等2003), 所以, AtUse1家
族也是Qc-SNARE的有力候补。内质网Qc-SNARE
蛋白的确定还需要遗传学、细胞生物学等方面的
证据。
3.2 衣被复合体
在对高尔基体层板间的囊泡运输的研究中发
现了COPI小泡, 它具有一种新型的衣被, 这种衣被
复合体包括7个亚基, 即α、β、β、γ、δ、ε和ζ亚
基(Duden等1991; Serafini等1991; Harrison-Lavoie
等1993; Stenbeck等1993)。其中β、γ、δ和ζ亚基组
成的四聚体被称为F亚复合体, 其他的亚基α、β和
ε组成了B亚复合体。F亚复合体和网格蛋白复合
体的clathrin亚基有较弱但明显的序列相似性, 在2
个复合体的排列方式上, F亚复合体相当于clathrin
亚基(Faulstich等1996; Eugster等2000)。然而, 在功
能上, 衣被复合体结构似乎更为复杂, 因为F-和B-
亚复合体的亚基都涉及到与不同类型膜蛋白的结
合(Schledzewski等1999; Watson等2004)。Dsl1复
合体Dsl1p亚基能够与COPI复合体的多个亚基相
互作用, 如前面提到的, Dsl1p与Tip20p相互协调,
首先与α-COP结合进行识别 , 然后 , Dsl1p再与
δ-COP结合促进去衣被过程发生(Cosson等1996;
Michelsen等2007)。
3.3 Rab蛋白
Rab蛋白是小分子量GTPase, 作为膜泡运输的
分子开关, 与其上游调控因子和下游特定的效应
子相互作用, 与GTP 的结合和水解过程相偶联(Mi-
zuno-Yamasaki等2012)。Rab家族主要是调控运输
囊泡沿着细胞骨架的主动运输和与靶位膜的初步
确认和拴留, 并调节与受体膜的融合过程(Cai等
2007)。不同细胞器之间需要不同Rab蛋白发挥作
用, Rab蛋白可能协助拴留复合体, 为小泡的去衣
被过程提供能量(Arai等2008)。Dsl1复合体与Rab
蛋白Ypt1p是内质网-高尔基体运输途径所必需的
(Kraynack等2005; Kamena等2008), Ypt1p/Rab1能
够与内质网 SNARE Ufe1p相互作用, 而Ypt1p与
Tip20p和(或) Dsl1p共同识别δ-COP (Kamena等
2008)。
3.4 SM蛋白
SM (Sec1/Munc18-like)蛋白为60~70 kDa的亲
水性蛋白, 一般由大约600个氨基酸残基组成。SM
蛋白具有功能上的保守性, 含有3个结构域, 称为
结构域1、2和3, 其中结构域1与syntaxin蛋白的N
植物生理学报134
末端结构域结合, 调节syntaxin蛋白的稳定性、
SNARE复合体的形成以及稳定性 (Bracher和Weis-
senhorn 2001, 2002)。运输囊泡和靶膜通过SNARE
复合体的形成被进一步拉近, SM蛋白像扣子一样
和SNARE复合体结合, 致使螺旋束拉伸形成促进
融合所需要的力量(Carr和Rizo 2010)。在酵母和
拟南芥中分别发现了多种SM蛋白, 其中酵母Sly1p参
与高尔基体到内质网逆向运输的膜融合过程(Reil-
ly等2001; Vanrheenen等2001)。在拟南芥中存在同
源蛋白AtSly1, 但是其功能至今没有详细报道。
4 展望
运输囊泡对靶膜的拴留过程是囊泡与靶膜融
合并释放货物的重要前提, 而内质网是膜泡运输
的起点, 内质网相关的拴留复合体研究的重要性
可想而知。酵母Dsl1复合体和哺乳类Syn18复合体
在高尔基体到内质网的逆行运输中发挥作用(Reil-
ly等2001; Vanrheenen等2001), 拟南芥MAG2复合
体很可能也发挥相同的作用, 但是还需要进一步
的证实。另外, Dsl1复合体即同源复合体与衣被复
合体相互作用驱动去包被的机制目前尚未清晰,
还需进一步的探究。NAG和MIP2是大分子量蛋
白, NAG和MIP2的分子量约为270 kDa, 而Sec39p
分子量只有约82 kDa (Kraynack等2005; Aoki等
2009; 李立新等未发表数据), NAG和MIP2虽然都
含有Sec39结构域, 但是与Sec39p相比分子量相差
悬殊, 除了Sec39结构域以外还有很长一段。这些
“多余”的部分是否有新的功能还无从知道, 因此,
NAG和MIP2除了作为拴留复合体的一份子发挥作
用外是否还有其他的功能, 将是有趣的课题。从
mip2突变体的纯合致死现象看, MIP2很可能在生
殖细胞形成或胚胎发育或两个过程中发挥作用。
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