红细胞的膜骨架整体上呈现六角形为主的二维网格结构。这种网格以一种较短的F-actin为网格节点，以血影蛋白四聚体为网格线；每一个节点上，F-actin联结多条血影蛋白纤维，将其凝聚到一起。
多种F-actin结合蛋白进一步稳定这些联结并调控其功能，包括不同F-actin通用的原肌球蛋白（）和原肌球调节蛋白（,Tmod），以及膜骨架特异的内收蛋白（）、4.1（P4.1）和微丝结合蛋白等。这些由肌动蛋白（actin）、血影蛋白及辅助因子组成的网格节点被称为血影蛋白-肌动蛋白联接复合体（-actin），是膜骨架的核心复合物。
目前，领域内对联接复合体的结构研究比较滞后，缺少高分辨的结构信息，这很大程度上限制了对其组成因子功能角色的深入理解。
2023年4月11日，上海学院生命科学大学高宁课题组在《细胞》（Cell）刊物在线发表研究论文，对从口蘑红细胞中分离得到的膜骨架网格进行了冷藏电镜结构剖析，最终获得了联接复合体的高分辨结构，阐明了联接复合体和膜骨架组装的分子细节，阐述了其组成因子在膜骨架组装和稳定性维持方面的分子机制。
▲血影蛋白-肌动蛋白联接复合体冷藏电镜结构及6层F-actin示意图（图片来源：研究作者供图）
对于结构剖析工作的难点，高宁院长介绍道：“膜骨架是一个高度不均一的网状样品，不同于常规的冷藏电镜单颗粒样品，这给样品的冷藏制样以及后续数据处理都带来了不小的挑战。这项工作通过剖析‘半纯化’的样品因而获得高分辨的结构，也是冷藏电镜应用的一种新路线。”
从冷藏电镜结构中，我们可以清楚地理解联接复合体的组织方式。其核心部份是由12个肌动蛋白亚基组成的6层F-actin。在第1层到第5层（见上方两侧示意图，从上到下）之间总共固定有8根血影蛋白纤维。
F-actin极性相反的两端分别被叫做end和end。研究发觉，Tmod单体与一个新发觉的组成因子共同组成了完整的围巾结构，扣在end；而end的围巾蛋白则是四聚体。这种蛋白共同维持了F-actin的稳定性。
据悉，两条原肌球蛋白蜷曲螺旋（coil,TMCC）分别结合在F-actin的左侧，与Tmod和也分别互作，两者共同决定了联接复合体的厚度。而在F-actin的第2层到第5层之间，三个分子以环状结构环绕联接复合体的主干部份，与多个肌动蛋白和血影蛋白亚基互作。
从整体上来看，联接复合体的组成因子都分别与内部的多个亚基互作，构成了一个纷繁复杂的互相作用网路，共同维持了血影蛋白-肌动蛋白联接复合体的结构稳定性。
据悉细胞膜骨架，该研究还发觉了一种新的原肌球蛋白与F-actin的结合模式。与往年的直接互作相反，联接复合体中的原肌球蛋白主要通过与血影蛋白、、互作，间接地结合在F-actin纤维上。
▲连接复合体中TMCC与F-actin间接结合（图片来源：研究作者供图）
进一步的结构剖析发觉，联接复合体的组成器件存在多种层面的功能冗余性。（比如联接复合体富含8条血影蛋白纤维，而红细胞膜骨架一般只是多边形网格。）研究团队推断，这些冗余性可能是一种故障保险机制，保证了膜骨架组装的鲁棒性，并为膜骨架的变型提供了支持。
综上，该工作解析了红细胞膜骨架的核心复合物血影蛋白-肌动蛋白联接复合体的高分辨结构，为理解膜骨架的组装和动态性以及其组成器件在膜骨架稳定和调控中的分子机制提供了结构框架。据悉，多个联接复合体的组成因子都属于通用性的F-actin结合蛋白，因而该工作的研究结果也为其他的F-actin系统提供了重要的结构和机制信息。
“高分辨的结构为理解红细胞膜骨架的强悍稳定性以及极大的可塑性提供了基础，也促使我们可以去剖析好多遗传性红细胞癌症致病突变的可能致病机制细胞膜骨架，因而也为医治提供了新的线索。”高宁院长点评道。
上海学院生命科学大学高宁院士和李宁宁副研究员为本文的共同通信作者，李宁宁和上海学院前沿交叉学科研究院博士研究生陈思伊（西城实验室研究生项目）为本文的共同第一作者。复旦学院生命科学大学张强锋院士和课题组博士后徐魁、北京生命科学研究所董梦秋研究员和课题组博士生何梦婷也参与了这项工作。
参考资料：
[1]basisofinredbloodcells.Cell(2023).DOI:
