静电作用和局部芳香族残基决定突触结合蛋白C2结构域的脂质结合与膜穿透

突触结合蛋白（synaptotagmins，Syts）是一类 Ca2+ 感知的胞吐调控因子，其串联的 C2 结构域通过与磷脂酰肌醇和膜相互作用来触发神经递质和激素释放。尽管已知 Ca2+ 感知性结合会增强 C2 结构域与膜的相互作用，但在不同 Syt 亚型中，支配脂质结合和膜插入的序列决定因素仍未被完全阐明。 在本研究中，我们对八种 Ca2+ 感知型 Syt 亚型（Syt1、Syt2、Syt3、Syt5、Syt6、Syt7、Syt9 和 Syt10）的孤立 C2A 和 C2B 结构域与含磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸（PIP2）的质膜相互作用进行了 MARTINI 粗粒化分子动力学模拟。为系统调控静电性质，我们在钙结合环（calcium-binding loops，CBLs）中的保守酸性残基处引入了部分和完全电荷翻转突变。通过整合多个亚型和不同电荷状态下的模拟结果，我们旨在识别支配膜相互作用的主要序列决定因素。 我们发现，PIP2 与 CBLs 和多碱性斑块（polybasic patches，PBs）的结合均与环的净电荷相关，在所有亚型中均表现出大于 0.95 的相关性。然而，仅凭环的净电荷并不足以充分解释膜插入行为。局部苯丙氨酸还可在独立于环净电荷的情况下进一步增强膜插入。综上，这些结果建立了一个综合性的静电—芳香性作用框架：其中，环的净电荷决定 PIP2 结合，而环的净电荷与局部苯丙氨酸富集共同决定 Syt C2 结构域的膜插入能力。

突触结合蛋白（Synaptotagmins，Syts）是一类Ca2+感知型胞吐调控因子，其串联C2结构域通过与磷脂酰肌醇类脂质和膜相互作用来触发神经递质和激素释放。尽管已知Ca2+感知性结合会增强C2结构域与膜之间的相互作用，但在不同Syt同工型中，决定脂质结合和膜穿透的序列因素仍未被完全阐明。

在本研究中，我们采用MARTINI粗粒化分子动力学模拟，研究了八种Ca2+感知型Syt同工型（Syt1、Syt2、Syt3、Syt5、Syt6、Syt7、Syt9和Syt10）的分离C2A和C2B结构域与含有磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2）的质膜之间的相互作用。为系统调控静电性质，我们在钙结合环（calcium-binding loops，CBLs）内保守酸性残基处引入了部分和完全电荷翻转突变。通过整合多个同工型及不同电荷状态下的模拟结果，我们旨在识别支配膜相互作用的主要序列决定因素。

我们发现，PIP2与CBLs和多碱性斑块（polybasic patches，PBs）的结合均与环区净电荷相关，在所有同工型中均表现出大于0.95的相关性。然而，仅凭环区净电荷不足以充分解释膜穿透行为。局部苯丙氨酸残基还可额外增强膜穿透，且这一作用独立于环区净电荷。综合来看，这些结果建立了一个全面的静电-芳香族作用框架：其中，环区净电荷决定PIP2结合，而环区净电荷与局部苯丙氨酸富集共同决定Syt C2结构域的膜穿透能力。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.09.737582v1?rss=1

🏷️ 突触结合蛋白 C2结构域 膜脂相互作用 PIP2结合 分子动力学模拟 静电与芳香族残基