SNARE 装置针对超快融合的优化
生物物理
2019-02-08 v1
摘要
SNARE 蛋白通过拉链式组装形成 SNAREpin，从而在多种生物学过程中驱动囊泡与靶膜融合。单个 SNAREpin 融合两层双分子层约需 1 秒，但少数几个即可确保神经递质从突触囊泡中快得多地释放，耗时仅毫秒的十分之一。我们提出，类似于肌球蛋白的情况，超快融合源于众多 SNAREpin 的协同作用。该耦合源自受限支架所诱导的机械相互作用。已知每个 SNAREpin 拥有足以克服 25–35 k_B T 融合势垒的能量，然而该融合势垒仅在 SNAREpin 近乎完全拉链化时才变得相关，且从此状态每个 SNAREpin 仅能将其能量的很小一部分作为机械功释放。因此它们必须协同作用，我们证明至少 3 个 SNAREpin 才能确保亚毫秒级融合。然而，要从实验观测到的半拉链化亚稳态共同到达融合前状态，SNAREpin 必须进行机械同步，而随着 SNAREpin 数量增加，该过程耗时呈指数增长。将这一略显反直觉的思想纳入简单粗粒化模型，得出一新预测：存在亚毫秒融合的最优 SNAREpin 数目，在宽泛参数范围内为 3–6。有趣的是，原位冷冻电子断层扫描最近显示，每个突触囊泡的融合恰好有六个 SNAREpin 参与，该数目处于我们理论预测的范围之内。
引用
@article{arxiv.1902.02548,
title = {Snare machinery is optimized for ultrafast fusion},
author = {Fabio Manca and Frederic Pincet and Lev Truskinovsky and James E Rothman and Lionel Foret and Matthieu Caruel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.02548},
year = {2019}
}