結構生物化學/細胞器/動物細胞/膜接觸位點
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細胞中的兩個細胞器透過膜接觸位點 (MCS) 接觸。膜接觸位點控制著訊號傳導以及從一個細胞器到下一個細胞器的離子與脂類的跨膜運輸。儘管對 MCS 的研究已經進行了 50 多年，但關於其功能、結構和調控，仍然有許多未解之謎。迄今為止，對三個主要接觸位點進行了大量研究：核-液泡連線、線粒體-內質網和質膜-內質網接觸位點。擁有膜結合的細胞器是真核細胞的特殊特徵，因為它允許細胞的不同區域進行專門的功能。當兩個細胞器彼此靠近時，它們透過細胞器間或 MCS 交換資訊。為了視覺化它們的交流，人們採用了一種稱為電子顯微鏡的技術。該技術最早出現在 20 世紀 50 年代，當時人們首次觀察到內質網與線粒體之間的緊密結合。從那時起，類似的電子顯微鏡技術被用於視覺化細胞中內質網與以下細胞器之間的接觸位點：線粒體、液泡、高爾基體、葉綠體和質膜。由於大多數研究都是在沒有分子標記的情況下進行的，因此通常將兩個細胞器膜之間的距離約為 30 奈米。不幸的是，仍然沒有 MCS 的優秀 3D 模型視覺化。然而，近年來，對駐留在膜位點的蛋白質以及建立 MCS 所需的分子決定因素的研究有所增加。
核與液泡之間的膜接觸位點被稱為核-液泡連線 (NVJ)。主要研究物件是酵母細胞釀酒酵母，其中液泡膜、核內膜和內質網膜透過 NVJ 連線在一起。核-液泡連線是迄今為止研究最深入的 MCS。NVJ 由液泡蛋白 Vac8 和內質網定位蛋白 Nvj1 組成。如果這兩個蛋白質中的任何一個由於基因缺失而丟失，MCS 則不會形成，兩個細胞器之間也不會發生接觸。
: 對於 NVJ，人們已經提出了兩種細胞功能。第一種是核的片段式微自噬。這是一個將酵母核的一部分標記為在液泡腔中降解的過程。核的片段式微自噬在氮或碳飢餓期間被刺激，並需要在跨液泡膜的電化學梯度、選擇性胞質到液泡和非選擇性微自噬之間共享的自噬部分。NVJ 的第二個建議功能是脂類生物合成。參與脂類生物合成的兩種蛋白質 Osh1 和 Tsc13 存在於 NVJ 中。Osh1 來自酵母類固醇結合蛋白同源家族，其作用包括脂類感測器和脂類轉運。然而，沒有證據表明 NVJ 調節脂類生物合成，因為 Osh1 在 NVJ 中的定位僅限於靜止期。此外，OSH1 不需要形成 NVJ 或在飢餓細胞中進行核的片段式微自噬。NVJ 中的另一種蛋白質 (Tsc13) 負責催化超長鏈脂肪酸 (VLCFAs) 生物合成的最後一步。這些脂肪酸會影響膜的結構和流動性。雖然我們對這兩種酶有很好的瞭解，但我們還沒有弄清楚為什麼它們會駐留在 NVJ 中，或者 NVJ 中是否還有其他蛋白質。
: 人們已經觀察到內質網與內體/溶酶體（對於真核細胞）之間的類似接觸位點。晚期內體定位的類固醇結合蛋白相關蛋白 1L(ORP1L) 而不是 Osh1 作為膽固醇感測器，它透過改變其構象來感知膽固醇水平。透過構象改變，ORP1L 會告訴內質網細胞中存在多少膽固醇。
: 雖然 NVJ 是研究最多的膜接觸位點，但我們仍然不知道它對細胞能做多少。
第二個最受研究的 MCS 是線粒體-內質網位點。該位點主要透過電子顯微鏡視覺化。與線粒體共純化的內質網部分，稱為線粒體相關膜組分 (MAM)，已得到廣泛研究。該位點的兩個主要功能是脂類生物合成和 Ca2+ 穩態。早期研究表明，MAM 組分包含參與磷脂生物合成的酶。此外，線粒體和內質網必須協同作用才能製造某些脂類。例如，讓我們更仔細地研究磷脂醯膽鹼的生物合成途徑。該途徑的底物是在內質網中產生的，然後進入線粒體的膜間隙，產生磷脂醯乙醇胺 (PE)，然後 PE 返回內質網合成磷脂醯膽鹼。這個過程表明，內質網和線粒體協同作用產生某些脂類。另一方面，內質網-線粒體 MSC 負責 Ca2+ 的傳遞。線粒體 Ca2+ 的穩態很重要，因為 Ca2+ 調節了 ATP 的產生速率。此外，Ca2+ 的過載會導致細胞死亡。
不同型別的細胞中存在許多內質網-質膜接觸位點。內質網-質膜接觸位點的功能類似於線粒體-內質網連線，因為 Ca2+ 穩態以及脂類合成和轉運在那裡發生。如上所述，Ca2+ 調控至關重要，因為它還負責蛋白質合成、摺疊和訊號傳導。在可興奮細胞中，透過質膜去極化和內質網鈣釋放的耦合來產生全域性鈣訊號。在不可興奮細胞中，鈣內流受檢測腔內內質網 Ca2+ 水平的控制。研究表明，質膜-內質網接觸位點參與非囊泡脂類轉運。我們知道脂類不溶於水。因此，為了將脂類從其合成位點轉移到其所需的“工作場所”，必須遮蔽脂類。事實上，人們在接觸位點發現了能夠執行此任務的幾類脂類轉運蛋白 (LTP)。其中之一是類固醇結合蛋白 (OSBP) 相關蛋白 (ORPS)。類固醇結合蛋白相關蛋白是一個大型 LTP 家族，從酵母到人類都保守。它與類固醇結合，科學家認為它有助於將非囊泡類固醇線上質網和質膜之間轉運。儘管質膜-內質網接觸位點對於 Ca2+ 和脂類訊號傳導至關重要，但我們仍然無法識別介導這種接觸的拴系蛋白。質膜-內質網接觸位點的強有力候選蛋白是一類稱為連線蛋白的高度保守的蛋白質。它可以透過將內質網/SR 錨定到質膜來穩定連線，為質膜和內質網/SR Ca2+ 通道之間的生理耦合提供結構基礎。需要進一步研究來繪製質膜-內質網接觸位點調控和生成的分子機制圖。
MCS 的功能首先被確立為脂類和離子轉運的場所。然而，隨著人們對 MCS 的研究越來越多，我們知道 MCS 還負責訊號傳導、細胞內代謝訊號的有效傳遞、細胞器遺傳控制機制。我們目前還不清楚 MCS 如何執行這些任務，但是一旦我們弄清楚其分子成分，就能更好地理解 MCS。
1. Elbaz, Yael 和 Maya Schuldiner。保持聯絡：細胞器接觸位點的分子時代。以色列：愛思唯爾有限公司，2011 年。印刷版。