蛋白质在调控细胞膜的动态变化中起着必不可少的作用。但是，这些蛋白质是如何在特定的时间，到达特定的细胞膜，完成特定的功能呢？越来越多的实验证据表明，许多蛋白质具有识别膜曲率的能力。它们通过自身带有的膜曲率感受器基件，能够区分平面或曲面的细胞膜，从而被认为能够支持形形色色的生命活动，例如通过囊泡运输物质，形成伪足帮助细胞运动。本文作者对一类经典的膜曲率感受器基件，两亲性螺旋(amphipathic helix motif)，进行了多方面的研究。两亲性螺旋，通过识别高曲率膜上的脂膜缺陷，能与高曲率膜结构紧密结合。体外研究表明，很多两亲性螺旋都具有识别膜曲率的能力，即使这些螺旋来自于在不同细胞器上工作的蛋白质。因此，本文作者检验了两亲性螺旋能否决定蛋白质体内功能的特异性。

为了研究两亲性螺旋的体内功能，作者们利用神经细胞内吞蛋白Endophilin构建了一系列蛋白杂合体。Endophilin氨基端的两亲性螺旋H0是膜曲率感受器，能够识别弯曲度高的膜结构。本文作者用一系列经典的对膜曲率敏感的两亲性螺旋序列取代了Endophilin H0，研究了这些蛋白杂合体在神经细胞中的功能。实验结果显示，两亲性螺旋具有功能特异性，只有一小部分两亲性螺旋能够替代Endophilin H0。令人惊讶的是，能够取代Endophilin H0的两亲性螺旋可以来自和细胞内吞完全无关的蛋白质，说明两亲性螺旋功能特异性与其原蛋白功能没有直接相关性。这一发现促使作者们进一步研究了神经细胞结构和功能的变化，并探索了将活性缺失的两亲性螺旋转化，从而取代Endophilin H0功能的方法。

通过电子显微镜观察，作者们发现带有活性缺失的Endophilin杂合体的神经突触具有一系列特点。首先，神经细胞的突触小泡数量明显减少；这一特点与突触信号传导产生障碍的结果相符。第二，神经突触中出现直径大于100nm的囊泡状结构。第三，抑制突触小泡的分泌显著降低大囊泡出现的频率。这些结果表明，活性缺失的Endophilin杂合体无法支持突触小泡的分泌和再形成的完整过程，导致大囊泡中间体的积累。

图文摘要（Graphic Abstract）

作者们进一步发现，改变两亲性螺旋的静电性能够影响功能。首先，极性面呈正电荷的两亲性螺旋可以替代Endophilin H0在体内的功能，而静电中性的两亲性螺旋则不能。其次，作者们通过替换两亲性螺旋基序氨基酸残基的方式改变了两亲性螺旋的极性面电荷水平，并发现带正电荷的两亲性螺旋突变体能够恢复神经突触的信号传导。第三，电镜结果显示，在表达带正电荷的两亲性螺旋突变体的突触中，突触小泡数目恢复正常，而大于100nm的囊泡消失。最后，作者们发现多个不同的两亲性螺旋对静电水平有相似的依赖性，说明电性的影响与两亲性螺旋的原有序列无关。

综上所述，此研究阐述了一个重要的基础生物学问题：揭示了Endophilin两亲性螺旋的体内功能依赖于静电性和膜曲率感受，两种不同的蛋白质性质。两亲性螺旋的静电性支持Endophilin将大囊泡中间体转化为突触小泡，并赋予Endophilin功能的特异性(Graphic Abstract)。以上结通过体内实验增进了对膜曲率感受器的功能特异性的认知。

白继红教授为该文章通讯作者，福瑞德·哈金森癌症研究中心实验员张琳、福瑞德·哈金森癌症研究中心和西湖大学联合培养博士生王玉为共同第一作者。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.02.021