压力诱导的膜张力通过机械性开启萌发受体GerA离子通道来触发细菌芽孢萌发

高压（HP）能够触发细菌芽孢萌发，其作用既可以通过萌发受体（GRs）介导，也可以通过 SpoVA 通道介导。然而，HP 激活这些嵌入膜中的蛋白质的机制仍不清楚。在本研究中，我们以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）为模型，证明了 GerA 萌发受体（GR）是中等压力 HP（50–300 MPa）的主要作用靶标。诱变分析表明，GerA 离子通道内衬孔道的残基对于压力响应至关重要，而经典的配体结合残基和膜内信号传导残基则并非必需。 随后，我们提出了一个“拉伸开启”（stretch-to-open, STO）模型：在该模型中，相较于刚性的芽孢核心，HP 对更具顺应性的内膜（IM）产生差异性压缩，由此生成膜侧向张力，从而促进 GerA 通道开放。原位膜张力测量表明，HP 可诱导 IM 磷脂发生压缩并升高膜张力。GerA 通道突变体在压力依赖性条件下的表型挽救进一步支持了这种张力依赖性的门控机制。与此一致，HP 增加了 IM 对水溶性且不能透膜试剂（碘化丙啶和甲醛）的通透性，而 GerA 会增强这一效应，表明 HP 诱导 GerA 开放的过程与之同时发生。 此外，通过热激活或去被膜处理调节 IM 流动性会改变膜的物理性质，并延迟 HP 诱导的萌发，从而确立了 IM 作为关键机械转导介质的作用。除此之外，计算建模与理论计算支持这样一种观点：在 HP 作用下，IM 的压缩速度快于芽孢核心，这为张应力来源提供了解释。综上，我们的研究结果确立了 HP 通过 STO 模型诱导 GerA 激活这一新机制：HP 压缩 IM，产生侧向张力，并促进 GerA 离子通道开放，从而触发细菌芽孢萌发。

高压（HP）能够触发细菌芽孢萌发，其作用途径既可以通过萌发受体（GRs），也可以通过SpoVA通道。然而，HP如何激活这些嵌入膜内的蛋白质，其机制仍不清楚。本文以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）为研究对象，证明GerA萌发受体（GR）是中等压力HP（50–300 MPa）的主要作用靶点。诱变分析表明，GerA离子通道内衬孔道的残基对于压力响应至关重要，而经典的配体结合残基和膜内信号传导残基则并非必需。基于此，我们提出了一种“拉伸致开放”（stretch-to-open, STO）模型：HP对柔顺性更高的内膜（IM）相对于刚性的芽孢核心产生差异性压缩，从而生成侧向膜张力，促进GerA通道开放。原位膜张力测量表明，HP可诱导IM磷脂压缩并提高膜张力。GerA通道突变体在压力依赖性的表型挽救现象进一步支持了这种张力依赖性的门控机制。与此一致，HP提高了IM对水溶性且不能透膜的试剂（碘化丙啶和甲醛）的通透性，而GerA可增强这一效应，表明HP作用下GerA同时发生开放。此外，通过热激活或去被膜处理调节IM流动性会改变膜的物理性质并延迟HP诱导的萌发，从而确立了IM作为关键机械转导介质的作用。进一步地，计算建模与理论计算支持这样一种观点：在HP作用下，IM比核心压缩得更快，从而合理解释了张应力的来源。综上，我们的研究确立了HP通过STO模型诱导GerA激活这一新机制：HP压缩IM，产生侧向张力，并促进GerA离子通道开放，从而触发细菌芽孢萌发。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.18.745453v1?rss=1

🏷️ 细菌芽孢萌发 膜张力 GerA受体 离子通道门控 高压响应 枯草芽孢杆菌