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在黑色素细胞中,黑色素囊泡在细胞核周围的内质网处产生,逐渐成熟,并被转运到细胞膜附近,最终通过脱落或出芽的形式转运到周围的角质细胞中,从而保护机体免受紫外线损伤。黑色素囊泡的胞内运输包括由驱动蛋白Kinesin和动力蛋白Dynein驱动的沿着微管正向或负向的长距离运输,以及由非典型肌球蛋白Myosin 5a(Myo5a)驱动的沿着微丝正向的短距离运输。 黑色素囊泡与Myo5a之间通过Rab27a和衔接蛋白Mlph (Melanophilin)连接。Rab27a是锚定在黑色素囊泡膜上起“分子开关”作用的小GTPase,当负载GTP时募集Mlph。Mlph包含两个独立的区域EFBD和GTBD,分别与Myo5a的Exon-F区域和球状尾部(glubular tail domain,GTD)结合。 Myo5a的头部具有分子马达活性,可以将ATP水解产生的化学能转变成机械能,携带货物沿着微丝运输。Myo5a的GTD可以通过头尾相互作用抑制马达头部的功能。Mlph-GTBD与Myo5a-GTD结合,抑制了Myo5a的头尾作用,从而激活马达活性。但是Mlph对Myo5a的激活需要较高的离子强度条件,在接近生理盐浓度的条件下,Mlph及其GTBD片段只能微弱地激活Myo5a的马达活性。因此,我们推测在细胞内可能存在另一种蛋白来协助Mlph激活Myo5a的马达活性。 Rilpl2是RILP家族蛋白(~22kDa),包含两个结构域RH1和RH2,分别与Myo5a-GTD和Rab36结合。近来的晶体结构显示Rilpl2-RH1可以与Myo5a-GTD和Mlph-GTBD形成三元复合物,并且Rilpl2-RH1和Mlph-GTBD结合在Myo5a-GTD的对立面。因此我们推测Rilpl2可能就是协助Mlph激活Myo5a的辅助蛋白。本研究采用了细胞生物学、生物化学、生物物理学方法分析了Rilpl2对Myo5a马达活性的调节,以及Rilpl2在黑色素囊泡转运中的功能。实验结果如下: 在体外接近生理盐浓度的条件下,Rilpl2-RH1和Mlph-GTBDP均不能显著激活Myo5a的ATPase活性,Rilpl2-RH1能增强Mlph-GTBDP激活Myo5aATPase活性的能力,也能增强Mlph-GTBDP与Myo5a之间的相互作用。Rab36能增强Rilpl2协助Mlph-GTBDP激活Myo5a ATPase活性的能力,以及增强Rilpl2和Myo5a-GTD之间的相互作用。Rilpl2是黑色素囊泡沿着微丝运输所必需的蛋白,knockdown Rilpl2引起黑色素囊泡聚集在细胞核周围。在黑色素细胞中过表达Rilpl2全长和其截短体引起黑色素囊泡聚集在细胞核周围,因其截短体结合了内源的Myo5a或Rab36,从而阻碍了黑色素囊泡沿着微丝的运输。而Knockout Rilpl2引起成熟的黑色素囊泡数量减少,聚集在细胞核周围。Rilpl2在黑色素囊泡的加工和运输过程中起到重要作用。 据此,我们推测Rilpl2辅助Mlph激活Myo5a活性的分子机制如下:Mlph 主要负责偶联黑色素囊泡和Myo5a,而真正起“分子开关”作用的是Rilpl2。当Rab27a/Mlph/Myo5a三聚体复合物组装成功后,负载GTP的Rab36募集Rill2,充分暴露出与Myo5a结合的RH1区域。然后Rilpl2-RH1与Myo5a-GTD结合,使GTD的构象发生改变,暴露出隐藏的Mlph-GTBDP结合位点。Mlph-GTBDP与Myo5a-GTD结合,彻底打破了Myo5a的头尾抑制作用,激活其马达功能,黑色素囊泡被Myo5a沿着微丝运输。 综上所述,本研究发现Myo5a结合蛋白Rilpl2参与黑色素囊泡的加工和运输,协同Mlph激活Myo5a马达功能,提出了Myo5a活性调节的新模式。上述研究成果不仅拓展了对黑色素囊泡胞内运输机制的认识,同时也为非典型肌球蛋白活性调节研究提供了新思路。