Cell跨膜蛋白SWELL1发现揭晓细胞生物学谜题

Cell跨膜蛋白SWELL1发现揭晓细胞生物学谜题斯克利普斯研究所的科学家解决了一个三十年的细胞生物学谜题，他们鉴定出一种称为SWELL1的跨膜蛋白，它位于细胞膜上，该蛋白的特定突变能改变VRAC通道的性能。斯克利普斯研究所(TSRI)的科学家解决了一个三十年的细胞生物学谜题，他们鉴定出一种称为SWELL1的跨膜蛋白，它位于细胞膜上，该蛋白的特定突变能改变VRAC(体积调控的阴离子通道)通道的性能。这项研究表明，该SWELL1是VRAC通道的一个主要部件，是细胞生物学家长期追寻的蛋白相关文章发表于2014年4月10日的Cell杂志上。所有细胞都有一个最为基础的功能，即控制自己的体积避免过度膨胀。数十年来，人们一直在寻找实现这一功能的蛋白，现在Scripps研究所(TSRI)的科学家们终于找到了它。这个称为SWELL1的蛋白解决了一个重要的细胞生物学谜题，并且与健康和疾病有着密切的关联。例如，该蛋白的功能出现异常，会造成一种严重的免疫缺陷。“认识这种蛋白及其编码基因，为人们开辟了新的研究方向，”领导这项研究的Ardem Patapoutian教授说。这项研究作为封面文章发表在四月十日的Cell杂志上。揭晓谜底水分子能够轻松穿过绝大多数细胞的膜，而水分子的流动倾向于平衡膜内外的溶质浓度。“实际上水是跟着溶质走的，”文章的第一作者Zhaozhu Qiu说。“细胞外溶质浓度减少或者细胞内溶质浓度增加，都会使细胞被水充满。”几十年前人们通过实验发现，细胞膜上存在着某种离子通道，能够作为细胞膨胀的关键安全阀，他们将这种未知离子通道称为VRAC(体积调控的阴离子通道)。当细胞膨胀时VRAC就会开启，允许氯离子和其他一些带负电的分子流出。这时水分子也会跟着流出，从而减轻细胞的膨胀。“在过去三十年中，科学家们已经知道VRAC通道的存在，但对它并不了解，” Patapoutian说。由于技术限制，人们一直未能找到组成VRAC的蛋白及其编码基因。现在，Qiu及其同事在这项新研究中进行了快速的高通量荧光筛选。他们改造人类细胞使其产生一种特殊的荧光蛋白，当细胞膨胀VRAC通道打开时，这种蛋白发出的光会淬灭。在诺华制药研究基金会基因组学研究所(Genomics Institute of the Novartis Research Foundation)的自动化筛选专家的帮助下，研究人员培养了大量供筛选的细胞，并通过RNA干扰分别在这些细胞中阻断不同基因的活性。他们主要寻找能持续发光的细胞，持续发光表明基因失活破坏了细胞的VRAC。研究团队经过几轮测试，最终找到了一个基因。2003年科学家曾发现过这个基因，并将其称为LRRC8，不过当时人们只知道它可能编码一个跨膜蛋白。现在，研究人员将它重新命名为SWELL1。涉及的疾病研究人员通过进一步实验发现，SWELL1的确位于细胞膜上，而且该蛋白的特定突变能改变VRAC通道的性能。“它至少是VRAC通道的一个主要部件，是细胞生物学家长期追寻的蛋白，”Patapoutian说。下一步，研究团队将进一步研究SWELL1的功能。例如，在小鼠模型中观察不同细胞类型缺乏SWELL1所造成的影响。2003年人们最初发现这个基因，是因为该基因突变会导致一种非常罕见的无丙种球蛋白血症(agammaglobulinemia)。这种疾病的患者缺乏生产抗体的B细胞，因此很容易受到感染。这也说明，SWELL1是B细胞正常发育所需的蛋白。“此前有研究指出，因为中风会导致脑组织肿胀，所以这种体积敏感性的离子通道与中风有关。另外，这种蛋白可能还涉及了胰腺细胞的胰岛素分泌。”Patapoutian说。“这样的线索有待我们一一解析。”原文摘要：SWELL1, a Plasma Membrane Protein, Is an Essential Component of Volume-Regulated Anion ChannelZhaozhu Qiu, Adrienne E. Dubin, Jayanti Mathur, Buu Tu, Kritika Reddy, Loren J. Miraglia, Jrgen Reinhardt, Anthony P. Orth,Ardem PatapoutianMaintenance of a constant cell volume in response to extracellular or intracellular osmotic changes is critical for cellular homeostasis. Activation of a ubiquitous volume-regulated anion channel (VRAC) plays a key role in this process; however, its molecular identity in vertebrates remains unknown. Here, we used a cell-based fluorescence assay and performed a genome-wide RNAi screen to find components of VRAC. We identified SWELL1 (LRRC8A), a member of a four-transmembrane protein family with unknown function, as essential for hypotonicity-induced iodide influx. SWELL1 is localized to the plasma membrane, and its knockdown dramatically reduces endogenous VRAC currents and regulatory cell volume decrease in various cell types. Furthermore, point mutations in SWELL1 cause a significant change in VRAC anion selectivity, demonstrating that SWELL1 is an essential VRAC component. These findings enable further molecular characterization of the VRAC channel complex and genetic studies for understanding the function of VRAC in normal physiology and disease.