真菌同種異體識別是一種關鍵的生物學機制，能夠防止細胞質(zhì)混合、抵御真菌寄生，并通過誘導細胞溶解性死亡維持種群健康和生態(tài)平衡。然而，其分子機制尚未完全闡明。前期研究表明，絲狀真菌粗糙脈孢菌（Neurospora crassa）中的基因RCD-1在不同菌株中編碼兩種同源蛋白，即RCD-1-1和RCD-1-2。當不同菌株發(fā)生細胞融合時，這兩種蛋白介導同種異體識別并觸發(fā)細胞死亡。盡管RCD-1蛋白與哺乳動物Gasdermin（GSDM）家族的膜打孔結構域具有相似的結構特征，但其均缺乏自抑制功能的結構元件。因此，RCD-1蛋白如何誘導細胞溶解性死亡，是否通過類似于GSDM的膜打孔機制發(fā)揮作用，以及其具體分子機制，仍是亟待解決的科學問題。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心軟物質(zhì)物理實驗室焦放特聘研究員（SM6組）致力于開發(fā)和應用新型多功能高速原子力顯微鏡（HS-AFM, 水平分辨率~１nm，垂直分辨率~0.1nm，成像速度達20幀/秒）技術，研究生物大分子（如MACPF/CDC成孔蛋白、焦亡蛋白、多肽、骨架蛋白及光合蛋白復合物等）在準生理環(huán)境中的高分辨結構、動態(tài)行為、自組裝及相互作用機制。
近期，該團隊利用原子力顯微鏡分析了RCD-1孔的高分辨結構，揭示了RCD-1-1與RCD-1-2必須形成異質(zhì)二聚體才能被激活，進而在細胞膜表面形成孔狀結構。此外，研究首次發(fā)現(xiàn)RCD-1不僅能夠形成孔道，還可在特定條件下誘導細胞膜發(fā)生鼓包形變，這一現(xiàn)象在GSDM家族蛋白中尚屬首次報道。通過設計一系列不同組分的人工磷脂膜實驗，研究進一步證實RCD-1誘導的細胞膜鼓包現(xiàn)象與膜組分及其彎曲模量密切相關。綜上所述，該研究不僅揭示了RCD-1蛋白的雙重功能—膜打孔與膜彎曲調(diào)控，還提示這一機制可能在GSDM家族蛋白中具有普遍性，為理解真菌同種異體識別及細胞死亡機制提供了新的視角。
圖：(a) RCD-1孔的高分辨結構。(b) RCD-1誘導磷脂膜鼓包結構的高分辨成像。
相關研究工作以“Mechanisms of RCD-1 pore formation and membrane bending”為題發(fā)表在Nature Communications [Nat Commun 16, 1011 (2025)]上，中國科學院物理研究所博士后任克禮為第一作者，焦放特聘研究員為通訊作者，合作團隊還包括中國科學院生物物理研究所丁璟珒研究員、中國科學院物理研究所葉方富研究員等。此項研究受到了國家自然科學基金委和中國科學院的資助支持。
編輯：姬子隰
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