《細胞內吞路徑中與膜重構現象相關的協作機制研究》是依託蘇州大學，由楊愷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：細胞內吞路徑中與膜重構現象相關的協作機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊愷
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
內吞是細胞進行物質交換的主要方式，而生物膜的重構是內吞完成的基礎。因此開展內吞現象中膜重構機制的研究對於探索細胞的生命功能是非常重要的。實驗發現，內吞路徑中的膜重構現象和膜上多種蛋白質形成的網路結構以及膜包裹的外界貨物密切相關。但三者之間的協作機制，特別是膜與蛋白質網路之間的相互作用機理尚不清楚。本項目將採用計算機模擬方法，以內吞路徑中兩個關鍵的膜重構過程（質膜的內陷和胞內體腔內小泡的形成）為例對內吞現象展開研究：以蛋白質與磷脂膜的全原子模擬結果為基礎構造相應的粗粒化蛋白質模型，然後在平面膜或膜管上組裝具有不同結構的蛋白質網路，再利用粗粒化模擬方法研究膜在蛋白質網路作用下對外界貨物的內整化行為，特別是在此過程中蛋白質局部擾動與膜形變之間的關聯性，不同蛋白質之間由於網路結構限制而產生的整體協作性和外界貨物在膜上的吸附與蛋白質網路結構變化之間的影響。此項研究將有助於理解細胞內吞現象的物理本質。
結題摘要
細胞與外界進行物質交換是細胞生存的基礎，而細胞膜是這一重要活動進行的關鍵場所。因此，探索這一過程中外界物質與細胞膜的相互作用機制，對於理解細胞的生物功能和開展相關的生物醫藥套用都具有重要意義。在本項目中，我們結合計算機模擬和實驗方法，對細胞吞噬納米顆粒現象、納米顆粒對細胞膜的侵蝕穿透、以及多肽或納米顆粒作用下的細胞膜重構（形變）機制等進行了研究。我們從“微運動”角度出發，研究了由於兩者相互作用所誘導的納米顆粒運動模式（平動或轉動）變化及膜結構和力學狀態的變化，發現了由於不對稱配體修飾所導致的納米顆粒在細胞表面上的自發旋轉行為、柔性藥物分子在穿膜過程中的構型塌縮和運動模式變化、膜誘導的帶同電性納米顆粒的反常協作內吞、由於納米顆粒之間的協同所帶來的對膜物理侵蝕機制變化、以及利用脂質分子與納米顆粒的界面相互作用來實現了對細胞膜形貌變化的調控等。此外，我們還發現，在以蜂毒肽為例的多肽與細胞膜的相互作用過程中，蜂毒肽會通過形成聚集體來非對稱地從脂雙層中抽離磷脂分子，從而降低蜂毒肽在膜上的成孔自由能勢壘。在此基礎上，我們以蜂毒肽和石墨烯為建構單元，設計了具有特定結構的多肽-納米複合體，利用協同效應增強兩者對細胞膜的侵蝕作用，初步實現了對蜂毒肽跨膜成孔生物功能的調控。我們的這些研究成果為理解細胞吞噬相關的生物現象提供了思路，並為抗癌、抗菌納米藥物的設計提供了相應的理論基礎。在項目支持下，我們在Small、Carbon等國際知名期刊上發表學術論文16篇（其中一區論文4篇，二區論文7篇，RSC雜誌特邀論文1篇）；培養碩士研究生9名；共同指導一名本科學生在江蘇省高校第十四屆大學生物理及實驗科技作品創新競賽中獲得一等獎。
