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真核细胞有一套精细而复杂的内膜系统,它构成了细胞的整个分泌途径,内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过小泡运输方式进行。目前发现SNARE复合物是所有膜融合过程所需的核心蛋白复合物,SNARE蛋白的作用是保证识别的特异性,并介导运输小泡与目标膜的融合。在神经系统中SNARE复合物介导神经递质囊泡在突触前膜的搭靠与融合过程,SNARE复合物的调节一直都是突触传递研究中的热点。SNAP-29被认为是一种在细胞内广泛分布的target-SNARE蛋白,参与细胞内SNARE依赖的膜的转运过程,它的家族成员有SNAP-25和SNAP-23。目前,SNAP-29在膜运输过程中的确切功能及其结合特性尚不清楚,我们前期的研究结果显示,SNAP29在神经递质释放过程中是一个负向调节分子,它的调节作用可能在于它抑制了突触囊泡(SV)融合后SNARE复合物的解聚,阻碍SNARE蛋白参与到新的囊泡融合过程中,从而减慢囊泡循环翻新效率,最终对突触传递起到抑制作用(Su et al.,PNAS,2000、Pan et al.,JBC2005)。
参与突触传递的囊泡有两种,突触囊泡(SV)和致密核心大囊泡(LDCVs)。本研究在以往研究基础上,采用FM4-64荧光染料标记囊泡的形态学方法和直接测定囊泡所释放递质的生化方法,进一步观察了SNAP29对LDCVs释放的调节作用,同时,还观察了SNAP29对细胞内参与蛋白运输的小泡与靶膜融合的影响。首先,我们确认在PC12细胞中,SNAP29与LDCVs有共定位。然后,通过PC12分泌分析实验发现,在PC12细胞中过表达SNAP29可抑制LDCVs的钙离子依赖性可调控分泌途径的胞吐(抑制率为36.06%,P<0.01);而通过RNA干扰技术下调PC12细胞中内源性SNAP29表达后,会促进PC12细胞中LDCVs的钙离子依赖性可调控分泌途径的胞吐(胞吐增加18.46%,P<0.05)。通过FM4-64标记LDCVs并追踪其释放过程,观察高钾刺激液刺激时LDCVs的脱色过程,结果显示,过表达SNAP29的PC12细胞的FM4-64平均荧光强度下降较为缓慢(P<0.01),即LDCVs的释放受到抑制;而内源性SNAP29表达下调后,PC12细胞FM4-64平均荧光强度的下降加快,提示细胞中LDCVs的释放加速(P<0.05)。而在PC12细胞中过表达SNAP29或下调内源性SNAP29表达均不影响PC12细胞中LDCVs的数量,密度都在3个/10μm3左右。因此,我们可以推测,SNAP29对LDCVs的释放同样具有负向调节作用。体外生化结合实验结果显示,SNAP29通过其羧基端(195-257)的卷曲螺旋功能区(coiled-coil domain,CCD)与syntaxin1A结合,细胞内过表达SNAP29CCD片段可以阻断胞内内源性SNAP29发挥其负向调节作用。
同时我们还发现,在PC12细胞和成纤维细胞中,过表达SNAP29会造成细胞内高尔基体出现片段化或囊泡化现象,而其家族成员SNAP23和SNAP25没有此作用。我们推测SNAP29作为调节分子抑制小泡转运过程中的SNARE复合物解聚,从而使小泡与高尔基体的融合受到抑制,但高尔基体的小泡出芽未受到影响,最终导致整个高尔基体发生囊泡化。
综上所述,我们认为SNAP29作为抑制SNARE复合物解聚的负向调节分子参与了细胞内小泡运输中多步骤的膜融合过程。这一研究结果为我们进一步了解与SNAP29相关的疾病的发病机制提供了线索。