細胞膜并非均勻的“流體”，而是由多種蛋白質和脂類動態(tài)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(fā)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(tài)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(tài)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(xiàn)交替排列。在“屋頂”區(qū)域，C端結構域通過疏水相互作用緊密堆積，形成一個穩(wěn)固的封頂結構。研究還發(fā)現(xiàn)了一個關鍵的調控“開關”：位于SPFH2與CC1結構域鉸鏈區(qū)的Y160和Y163位點，其磷酸化會破壞局部疏水核心的穩(wěn)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(jié)復合物的解聚，從而在Fyn激酶調控的內吞過程中發(fā)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(qū)域。SPFH1結構域富含芳香族氨基酸（如苯丙氨酸、色氨酸）和已知的棕櫚酰化/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(huán)形排列，精確地圈定出一塊直徑30納米的專屬膜區(qū)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(tài)的死胡同，而是一個能夠動態(tài)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(huán)境下的真實面貌，團隊構建了穩(wěn)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(lián)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(qū)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(tài)上也存在顯著差異，印證了其動態(tài)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(shù)據(jù)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(zhàn)了傳統(tǒng)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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