Nature Commun | 北京大學高寧/郭強破解flotillin復合體結構，重寫膜微域組織模型

細胞膜并非均勻的“流體”，而是由多種蛋白質和脂類動態組裝成的功能模塊化結構，這些模塊被稱為功能膜微域（FMM）。它們像島嶼一樣分布在膜上，為信號傳導、物質內吞等生命活動提供特化的反應平臺。Flotillin蛋白是這些微域的標志性組分，長期以來被視為“脂筏”標記物，但其如何自我組裝并構建出功能性微域，其背后的分子“圖紙”卻始終成謎。理解這一機制，對于揭示細胞如何有序組織膜表面復雜活動至關重要。

近日，北京大學高寧和郭強課題組在《Nature Communications》發表了題為“Molecular mechanisms of flotillin complexes in organizing membrane microdomains”的研究論文。該研究通過多模態成像技術，首次在體外和原位解析了人源flotillin復合物的高分辨率結構，揭示了其構建膜微域的分子機理。

研究團隊首先在HEK293F細胞中純化了帶標簽的flotillin-1/2復合物。通過冷凍電鏡單顆粒分析，他們解析了該復合物的3.57 ?分辨率結構。結果顯示，22個flotillin-1和22個flotillin-2亞基交替排列，組裝成一個直徑約30納米的穹頂狀44聚體。這個結構像一個被精心砌筑的“圓頂屋”，其“墻壁”由亞基的螺旋結構構成，而“屋頂”則由C端結構域匯聚而成。這一定義清晰的物理結構，為膜微域提供了一個確切的形態學基礎。

進一步的結構分析揭示了復合物的精細組裝原則。Flotillin-1和-2必須通過其SPFH2結構域表面的互補電荷精確配對，才能實現交替排列。在“屋頂”區域，C端結構域通過疏水相互作用緊密堆積，形成一個穩固的封頂結構。研究還發現了一個關鍵的調控“開關”：位于SPFH2與CC1結構域鉸鏈區的Y160和Y163位點，其磷酸化會破壞局部疏水核心的穩定性。突變體實驗證實，模擬磷酸化的突變（Y160E/Y163E）完全阻斷了復合物組裝，暗示磷酸化可能通過誘導結構域構象變化來調節復合物的解聚，從而在Fyn激酶調控的內吞過程中發揮作用。

通過分析SPFH1結構域與膜的結合方式，研究闡明了flotillin復合物如何錨定并分隔膜區域。SPFH1結構域富含芳香族氨基酸（如苯丙氨酸、色氨酸）和已知的棕櫚�；�/豆蔻�；揎椢稽c，它們共同嵌入細胞質膜內側葉，形成一個疏水的“基座”。這44個SPFH1結構域環形排列，精確地圈定出一塊直徑30納米的專屬膜區域。與純化樣品中觀察到的結構變形一致，這個“圓頂”并非一個靜態的死胡同，而是一個能夠動態開啟和關閉的“艙門”，可能用于控制其內部“貨物”蛋白的進出。

為了觀察其在天然環境下的真實面貌，團隊構建了穩定表達熒光標記flotillin的Jurkat T細胞系，并利用冷凍電子斷層掃描結合光電聯用技術進行原位成像。結果顯示，這些穹頂狀結構確實附著于極性化的細胞帽或足體區域的質膜胞質側。單顆粒斷層圖像分析進一步證實了其在膜上的結構可塑性：一些復合物內部可見額外的電子密度，可能代表了被“封裝”的客戶蛋白；同時，單個復合物在形態上也存在顯著差異，印證了其動態開放的天然屬性。

最后，研究探討了flotillin微域的組織模式及脂質偏好。原位斷層掃描數據顯示，flotillin復合物既可以單體形式存在，也能在胞外囊泡、內體和質膜上形成更大的簇，這與它們參與外泌體形成和內吞過程的功能相符。在膜曲率方面，復合物在平坦或彎曲的膜上均有分布，表明其無特定的曲率偏好。令人意外的是，基于巨形質膜囊泡的分配實驗和脂質組學分析挑戰了傳統觀點：flotillin更傾向于分配至非 raft 相（Ld相），其微域中顯著富集的脂質是鞘氨醇，而非經典的膽固醇或鞘磷脂。這提示flotillin微域的組裝和功能，可能與其富集特定信號脂質前體（如鞘氨醇）的能力密切相關。

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