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突触囊泡的分泌过程以SNARE蛋白syntaxin-1,SNAP-25,synaptobrevin组装成致密的四螺旋结构复合物为核心机制,同时受到Munc18-1以及Munc13-1等多种蛋白的严格调控。本课题综合运用X-射线晶体学、生物化学以及体外膜重建、电生理等实验技术,深入研究了Munc13-1重要功能片段MUN结构域调控突触囊泡分泌启动过程的功能机制,结果如下: 获得了大鼠Munc13-1MUN结构域三维晶体结构。设计Munc13-1MUN结构域包括A、B、C、D全部四个亚结构域的结构片段MUN933,并获得MUN933分辨率为2.9的晶体结构。MUN结构域结构呈一系列α-螺旋束排列形成的狭长拱形,其中部亚结构域B同C接合处存在一个高度保守的疏水口袋。 鉴定了大鼠Munc13-1MUN结构域介导syntaxin-1打开作用的关键活性位点。在以Munc18-1–syntaxin-1复合物起始的SNARE复合物组装以及SNARE复合物组装介导的体外膜融合体系中,位于疏水口袋的高度保守氨基酸Asn1128、Phe1131(NF)突变后导致Munc13-1MUN结构域失去催化打开Munc18-1–syntaxin-1复合物的活性。 证明了UNC-13-Munc13MUN结构域关键活性位点在突触囊泡启动过程中的重要调控作用。在成年秀丽隐杆线虫体壁肌肉的神经肌肉连接头(NMJs)处记录兴奋性突触后电流(EPSC),MUN结构域NF位点对于自发和诱发性释放至关重要,突变后导致NMJs突触囊泡无法启动。 此前,UNC-13-Munc13MUN结构域是神经递质释放过程中唯一缺少三维结构的基本要素,本课题获得并解析出的大鼠Munc13-1蛋白完整且具活性的MUN结构域晶体结构填补了这一空白,为UNC-13-Munc13s在突触囊泡分泌过程中的作用机制研究提供结构依据。发现UNC-13-Munc13MUN结构域催化打开syntaxin-1同时促进SNARE复合物组装介导的膜融合的关键活性位点,并证明该活性位点在突触囊泡分泌启动过程中发挥重要作用,为以下观点提供了可靠的数据支持:MUN结构域对于Munc18-1–syntaxin-1复合物起始的SNARE复合物组装的关键调控作用,是UNC-13-Munc13s在突触囊泡启动过程中发挥核心功能的机制所在。