膜融合

在Wessel实验室里，研究者使用海胆卵（sea urchin egg）来研究膜融合过程。在海胆卵中，有成千上万的囊泡粘附着细胞质膜。在受精后的几秒内，这些囊泡就会迅速释放内容物。之前有研究表明，有一些特殊的蛋白让囊泡停泊在卵膜上。但在膜融合的过程发生之前，囊泡的外形是否发生了某些特别的变化？这正是我们所关心的问题。
“感觉上，好像整个时间都定格在了膜共享这个状态上，随时准备着下一步的发生。” Wessel说道，“下一步的发生只需细胞内钙离子释放就可以进行了，融合过程就可以彻底完成。整个过程进行得非常快速，因为半融合状态已经‘万事俱备，只欠东风’了。”
因为膜融合的过程时间非常短暂，少于1个毫秒，让研究者很难“看清”膜打开的过程。所幸的是，来自布朗大学（Brown University）的生物学家Gary Wessel和他同实验室的同事一起，为我们记录下了活体细胞膜融合过程中的关键一步。
Wessel和同事发现，卵膜和囊泡是半融合的——虽然膜共享但内容物却各自独享的一种状态。使用荧光染料和高分辨率的显微镜，研究者发现这种半融合的（hemifusion）的状态在活体细胞中竟然是出奇的稳定。
“在研究过程中，我们发现了一个非常令人不可思议的地方，就是活体细胞可以维持这种半融合状态长达几小时，几天，甚至几个月。” Wessel实验室的博士后Julian Wong介绍说，他是这篇发表在《Developmental Cell》杂志上的研究性文章的第一作者，“我们以海胆卵作为细胞模型，可以让整个过程清晰可见。”
细胞总是在不断地与外界交流物质，例如，通过将蛋白质或者其他化合物以组装成囊泡的形式进行传递。但在传递“货物”之前，囊泡的膜必然要和其他膜相融合，以便创造出方便“货物”穿越的通道。生物学上将这个过程称作膜融合（membrane fusion）。膜融合对于健康和疾病有着重要的影响，例如，它参与了受精过程、激素的循环过程，以及脑细胞的放电过程，等等。另一方面，HIV或其他病毒在入侵细胞的时候，同样也是借助于膜融合的分子机制，才顺利进入细胞。

Wong和Wessel认为他们的研究可能有助于科学家探索一个给细胞供药的新方法。如果在给药过程中，可以让包含有药物的膜与目标细胞的细胞膜处在半融合状态，而非全融合，那么我们就可以很好地调控药物传递的时间了