图2：HflK/C的结构模型、结构域组成及细胞膜微域的形成

论文进一步确定了HflK亚基上参与识别和结合FtsH的氨基酸序列。基于这些结构信息以及生化实验数据，提出了HflK、HflC通过FtsH调控细菌膜蛋白稳态的分子机制：在正常生理状态下，HflK/C笼状结构能够将FtsH蛋白酶在空间上隔离，从而防止FtsH对细胞膜上功能性膜蛋白的降解，这对于维持位于异常拥挤的细胞膜上的膜蛋白稳定性至关重要；而对于非正常组装的膜蛋白，或者损伤的膜蛋白复合物，其游离末端的无序序列仍然能够被FtsH识别从而进行选择性降解（图3A-B）。

更为重要的是，论文对典型的SPFH家族蛋白质进行了基于序列的结构分析，发现所有的SPFH家族蛋白质的结构域组织都与HflK/C高度类似，由N端的SPFH1和SPFH2结构域，中间的CC结构域，以及C端的β片层结构域组成。这些分析表明所有的SPFH家族成员很有可能以一种相似的方式在不同亚细胞定位的细胞膜系统上形成笼状结构，从而形成不同尺寸的微型膜域。尤其值得指出的一点是，SPFH1作为插膜结构域，直接参与形成leaflet-specific的微型膜域，鉴于不同的SPFH蛋白质具有不同的膜拓扑学性质，SPFH具备调控不同leaflet的脂质流动性的能力（图3）。同时，HflK/C笼状结构招募和隔离FtsH六聚体的这一形式也为理解脂质微域的功能化提供了一个新颖的模型：不同的SPFH蛋白质会通过与锚定在膜上的不同功能的膜蛋白（AAA+蛋白酶、离子通道、膜受体等）相互作用，横向隔离这些功能分子，从而赋予微型膜域的功能特异性（图3）。

图3：KCF复合物的膜蛋白质量监控模型及SPFH家族蛋白在FMM组织中的结构基础

综上所述，本研究通过细菌的SPFH家族的HflK、HflC的结构和功能解析阐明了一种非常新颖的膜蛋白复合物的组织形式，这对于理解其线粒体同源蛋白Prohibitins在人类相关的疾病中的分子机制非常关键。更为重要的是，这篇工作为理解FMM或者脂筏这一“模糊”的细胞生物学概念提供了具有“具象”的物理基础。SPFH蛋白质在膜上的笼状结构可以完美地解释现有“脂筏”模型中的一些重要的科学争议，必将会很大地促进这一领域的概念演化，也为整个SPFH家族蛋白质的研究提供了一个新起点。

Cell Research同期刊发了题为“SPFHprotein cage – one ring to rule them all”的Research Highlight。评论文章由德国Max Delbrück Center for Molecular Medicine的Oliver Daumke和Gary R. Lewin撰写，指出了本论文对于理解功能性微型膜域的普适性分子组织原理的重要意义。

高宁为本论文的通讯作者。高宁组的博士后马成英和王呈坤为本文的共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金委、生命科学联合中心、膜生物学国家重点实验室和生科院启东产业创新基金的经费支持，以及北京大学冷冻电镜平台、电镜实验室、高性能计算中心、生科院仪器中心及国家蛋白质基础设施（北大分平台）的技术支持。马成英和王呈坤得到了生命科学联合中心的博士后基金支持。

信息来源： 生命科学学院