膜不对称性决定细胞器有序运输假说

结合先前的研究结果和我们的发现，我们提出了一种有序有效的囊泡运输的新型结构机制模型，即膜不对称性决定的细胞器有序运输（MADOOT）模型（图1）。细胞膜的不对称性与高尔基体膜的不对称性相同，但与内吞囊泡膜的不对称性相反，这种模式可能有助于内吞囊泡的有序运输以及囊泡与TGN之间的有效交流。该模型强调膜结构对膜运输过程的重要性。具体来说，如图1a所示，蛋白质从内吞囊泡的外表面突出可能会导致内吞囊泡的有序运输，而不是随机融合。另外，同型的内吞囊泡粗糙外表面所暴露的脂类可能导致这些囊泡之间的完全膜融合。TGN外表面的致密蛋白层可能引起内吞囊泡与其进行接触后即离开的相互作用方式。如图1b所示，更直观的细胞膜、内吞囊泡膜和高尔基体膜形貌图清楚地表明了这些膜结构之间的膜不对称关系。
我们提出的MADOOT模型可以为一些复杂而重要的生物学事件提供适当的解释。例如，在细胞内每分钟数千个囊泡如何以有序的方式运输以确保高度动态和有序的细胞器相互作用的问题仍然没有答案。MADOOT模型从整体膜结构出发，很好地推断了囊泡有序高效转运的机制。有序而高效的囊泡运输维持细胞器之间高度动态而有序的相互作用。另外，为什么囊泡被连续不断地从细胞膜运送到细胞内膜，而细胞内的膜性细胞器（例如高尔基体）的形态结构却维持稳定呢？我们的MADOOT模型正确地解释了为什么高尔基体保持稳定的原因：即相反的膜不对称性导致内吞囊泡仅仅作为穿梭体与高尔基体进行交流，从而保持其形态的稳定性。同样，这个模型可以延伸到解释其他细胞器的稳定性。
总而言之，我们的发现促使我们提出了MADOOT模型假设。研究细胞膜结构的目的就是增进在分子水平上对膜相关生物学过程的了解。因此，谨慎的推测是有合适的，只要其可以为重要的生物学过程提供新的见解。我们提出的囊泡有序有效转运的膜结构决定机制为揭示各种膜相关生物过程的潜在机制提供了新的视角。这项工作为进一步详细研究膜性细胞器相互作用网络奠定了基础。同时，有序有效的囊泡运输机制的揭示也可以为开发治疗细胞器稳态失调相关疾病的新型有效药物奠定基础。

图1.（a）受体蛋白EGFR内吞与循环路径中膜运输示意图。在这个EGFR内吞与循环过程中，发生了以下过程：①配体结合后，质膜表面EGFR通过细胞膜的内陷被吞。②内在囊泡形成。质膜上膜蛋白的取向与囊泡上的相反。③受体被转运到早期内含体。④早期内含体与TGN瞬时接触，然后离开。⑤同型内含体融合产生多泡体。⑥内含体的分剪导致受体和配体的解离。⑦受体通过循环内含被返回到细胞表面。⑧将配体分选到晚期内含体。（b）细胞膜，内吞囊泡膜和高尔基体膜的结构特征的平面视图。