在真核细胞中，内质网呈纵横交错的网络状分布，这一特殊形态的形成需要dynamin GTP酶家族的膜蛋白Atlastin(ATL)来介导内质网同源膜融合。ATL由N端的一个GTP酶结构域、一个三螺旋束的中间结构域、两个跨膜区以及一个C端的尾部组成。本论文中，我们研究了ATL介导膜融合的分子机制。我们首先解析了ATL N端胞浆段在结合GDP状态下的晶体结构，并得到了两种不同的构象。结构中的构象变化以及生化实验的分析显示，在融合过程中，不同膜上的两个ATL分子首先结合GTP并通过他们的GTP酶结构域形成二聚体。随后通过GTP的水解以及磷酸的释放，ATL会发生剧烈的构象变化，两个ATL分子的中间结构域所形成的三螺旋束会相互靠近从而将膜拉到一起完成融合。此外，我们发现C端尾巴和跨膜区对于有效地膜融合也是非常重要的。C端尾部可以形成一个双亲性螺旋并通过破坏磷脂双分子层的稳定性来协助膜融合。对应这段螺旋的合成多肽可以恢复缺失C端的ATL的融合活性。跨膜区也并不仅仅用于ATL蛋白的膜定位，因为跨膜区的缺失、替换或者点突变都会降低蛋白膜融合的能力。免疫共沉淀的实验证明，ATL的跨膜区可以介导不依赖核苷酸的多聚化，从而促进膜融合。最后，我们发现在融合反应的起始阶段，ATL需要持续水解GTP才能将膜泡拴连到一起，而且三螺旋束与跨膜区之间的连接区域对于从拴连状态到完成融合这一过程的非常重要。综上所述，我们提出了ATL的不同结构域相互合作以完成同源膜融合这一模型。这些结果也解释了人类ATL1的突变是如何引起遗传性痉挛性截瘫的。