膜蛋白作为细胞膜的重要组成部份，参与许多细胞生物学过程，如细胞黏附、细胞讯号传递、积累和能量传递等。大多数质膜蛋白质被组织成簇来执行其重要的生理功能。膜蛋白集簇是同种或异种膜蛋白之间协作交流与执行功能的平台，有利于增强讯号传递效率和信息处理能力，进而促使细胞生长发育、增殖、分化、凋亡等生物学过程。
深刻认识膜蛋白动态组织和生理功能之间的关系，急需对膜蛋白的集聚机制进行全面解析。其实以前许多研究集中于功能性膜蛋白集聚的化学原理和机制；但是，因为对膜蛋白集聚体大小、尺寸以及动态的认识非常有限，对于大多数膜蛋白来说，高度集簇化的产生制尚未被充分阐释，非常是缺少关于膜蛋白集簇产生的动态过程和机制细节的直接证据。
近日，中国科大学成都应用物理研究所王兴达团队，联合中科院分子细胞科学卓越创新中心赵亦楷博士在德国科学推动会（AAAS）与中国科学技术商会（CAST）合作推出的第一个科学伙伴刊物刊物上发表了题为intobyEGFR的研究论文。通过使用高速、高帧率的转盘式共聚焦显微镜对EGFR分泌过程进行全面可视化剖析，阐明了EGFR质膜集簇的动态机制，为理解膜蛋白成簇分布特点提供了深远的洞察力。
在前期研究中，该团队研究人员借助超帧率成像技术阐明了多种膜蛋白，如GLUT1、EGFR、EpCAM和P-糖蛋白等，主要以纳米级集簇的方式存在于质膜中。随即，研究人员致力阐明EGFR集聚的动态过程和机制细节。研究团队创新性地将膜蛋白分泌起源作为切入点，以研究膜蛋白集聚的动态机制。首先，以生长因子受体蛋白EGFR为研究对象细胞膜蛋白，该团队借助高速、高帧率共聚焦显微镜对EGFR生物合成路径及过程进行了直接可视化，获得了EGFR从合成到分泌到质膜的整个过程的完整图象，包括EGFR分泌位点的定位图、EGFR质膜上分布特点、EGFR集簇产生的动态过程。萤光共定位成像结果展示了新合成EGFR的亚细胞定位以及其分泌路径。研究者借助五色三维(3D)共聚焦成像对EGFR在静息细胞的顶膜和基底膜上的分布模式进行剖析细胞膜蛋白，发觉EGFR在顶膜上产生比基底膜更大的集簇。为了剖析EGFR分泌与其质膜成簇的相关性，研究人员对分泌囊泡与细胞膜融合的动态过程进行实时检测，序列成像结果表明一个分泌囊泡与质膜融合产生一个蛋白簇，证明EGFR分泌囊泡可能作为EGFR质膜集簇的前体。
EGFR生物合成路径的直接可视化
进一步，研究人员深入探究了决定EGFR分布模式差别性的主要诱因。共聚焦3D断层成像表明近顶膜分泌囊泡规格要小于基底膜附近囊泡规格。考虑到分泌囊泡是蛋白集簇的前提，以上结果则表明EGFR分泌囊泡本身的大小决定了EGFR集簇的规格。同时，研究人员阐明了EGFR分泌到细胞顶膜主要由高尔碳化物后囊泡介导。
鉴于肌动蛋白被报导参与EGFR集簇的产生并对囊泡-质膜融合具有调节作用，研究人员想晓得肌动蛋白皮质是否通过控制分泌囊泡与质膜的融合方法来决定EGFR质膜分布形貌。通过萤光三维共定位成像，研究人员阐明了近顶膜上致密而短小的肌动蛋白皮质可能造成EGFR分泌囊泡与质膜的融合滞留，进而诱导产生更大的EGFR簇；EGFR在基底膜上的均匀分布可能归因于规则排列的肌动蛋白丝所诱导的融合释放。那些数据为肌动蛋白在EGFR质膜组织中的作用提供了新的看法，表明其主要通过控制分泌囊泡-质膜融合的方式来实现对EGFR分布方式的决定性影响。
总而言之，该研究阐明了EGFR分泌与其质膜分布特点之间的相关性，加深了对EGFR集聚机制的了解，将有助于推动我们对EGFR集聚相关生物风波的理解，并为进一步探讨EGFR集聚的分子机制奠定基础。重要的是，这项工作为研究膜蛋白成簇机制提供了新思路，有望解释相当一部份膜蛋白簇的产生机制，因而为膜蛋白调节的复杂生物学过程提供合理的解释。
本文第一作者为中国科大学成都应用物理研究所徐海娇博士。中国科大学成都应用物理研究所王兴达研究员和中科院分子细胞科学卓越创新中心赵亦楷博士为共同通信作者。
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