Vitamin C Drives Reentrant Actin Phase Transition: Biphasic Exocytosis Regulation Revealed by Single-Vesicle Electrochemistry

化学 胞吐 生物物理学 小泡 细胞内 肌动蛋白 肌球蛋白 细胞生物学 生物化学 生物
作者
Wei Li,Ying Jiang,Ran Liu,Jing Jin,Shiping Wei,Wenliang Ji,Xiulan He,Fei Wu,Ping Yu,Lanqun Mao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02710
摘要

Unveiling molecular mechanisms that dominate protein phase dynamics has been a pressing need for deciphering the intricate intracellular modulation machinery. While ions and biomacromolecules have been widely recognized for modulating protein phase separations, effects of small molecules that essentially constitute the cytosolic chemical atmosphere on the protein phase behaviors are rarely understood. Herein, we report that vitamin C (VC), a key small molecule for maintaining a reductive intracellular atmosphere, drives reentrant phase transitions of myosin II/F-actin (actomyosin) cytoskeletons. The actomyosin bundle condensates dissemble in the low-VC regime and assemble in the high-VC regime in vitro or inside neuronal cells, through a concurrent myosin II protein aggregation–dissociation process with monotonic VC concentration increase. Based on this finding, we employ in situ single-cell and single-vesicle electrochemistry to demonstrate the quantitative modulation of catecholamine transmitter vesicle exocytosis by intracellular VC atmosphere, i.e., exocytotic release amount increases in the low-VC regime and decreases in the high-VC regime. Furthermore, we show how VC regulates cytomembrane-vesicle fusion pore dynamics through counteractive or synergistic effects of actomyosin phase transitions and the intracellular free calcium level on membrane tensions. Our work uncovers the small molecule-based reversive protein phase regulatory mechanism, paving a new way to chemical neuromodulation and therapeutic repertoire expansion.
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