真核生物维持正常生命活动依赖于囊泡介导的物质运输，因此囊泡运输机制一直是细胞生物学研究的重点。近日，欧洲分子生物学实验室（EMBL）研究团队利用先进的冷冻电子断层成像技术，首次揭示了COPI囊泡表面蛋白包被的复杂三维结构，该成果发表于2023年7月10日的《科学》（Science）杂志。

蛋白质作为细胞功能的执行者，其合成后需通过囊泡运输系统被精准运送至细胞器、细胞膜或细胞外，保障细胞的生长、分化及稳态。其中，COPI囊泡主要负责从高尔基体向内质网逆向运输蛋白质，支持蛋白质的加工和修饰过程。

研究团队采用冷冻电子断层成像技术，在极低温度下对未固定、未染色的活性囊泡样品进行成像，避免了传统方法中对样品结构的破坏，极大提升了大分子复合物的结构解析精度。该技术近年来随着硬件和算法的进步，已成为解析细胞内复杂蛋白质复合体的前沿工具。

通过整合数百个COPI囊泡的成像数据，研究人员构建了完整的COPI蛋白包被三维模型。结果显示，COPI包被结构与其它囊泡（如COPII和克拉林囊泡）显著不同：其他囊泡的蛋白包被通常由多层蛋白质组成，分别承担不同功能，而COPI包被仅由一层蛋白组成，这层蛋白以被称为“triads”的基本单元排列，每个单元包含所有必需的功能模块。

这一发现首次揭示了COPI囊泡蛋白包被的整体组装方式，深化了对细胞内蛋白质逆向运输机制的理解。研究负责人John Briggs表示：“此前我们仅知包被由多种元件组成，但对其整体组装和空间结构知之甚少，这项研究填补了这一空白。”

共同作者Svetlana Dodonova补充道：“COPI包被的独特单层结构令人惊讶，未来我们将进一步探究包被蛋白与囊泡膜的结合机制，推动对细胞内膜系统动态调控的认识。”