2025年1月23日 星期四

分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心朱學良組合作發(fā)現(xiàn)支撐動纖毛中央微管的亞結構—中央微管基座

文章來源:分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心  |  發(fā)布時間:2024-09-04  |  【打印】 【關閉

  

820日,國際學術期刊Journal of Molecular Cell Biology在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心(生物化學與細胞生物學研究所)朱學良研究組聯(lián)合上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏團隊的最新研究成果:“A polarized multicomponent foundation upholds ciliary central microtubules”。該研究發(fā)現(xiàn)并解析了支撐動纖毛中央微管的亞結構—中央微管基座(CP-foundation, CPF)。

動纖毛是一種進化上保守的富含微管的毛發(fā)狀細胞器,通過擺動驅動細胞運動和胞外液體流動。哺乳動物的動纖毛主要以多纖毛的形式分布于氣管、腦室、附睪和輸卵管等上皮組織,參與呼吸道清潔、腦脊液循環(huán)和生殖細胞運輸?shù)?,而精子鞭毛可視為驅動精子運動的一種特化的動纖毛。動纖毛的結構和功能異常會引發(fā)原發(fā)性纖毛運動障礙(primary ciliary dyskinesia,PCD),主要病征為反復呼吸道感染、不育和腦積水。纖毛以基體(basal body)為基礎, 由轉接區(qū)、纖毛膜和軸絲等部分組成。動纖毛的軸絲多由9組外周二聯(lián)體微管和一對中央微管(central pair,CP)形成核心結構。中央微管及其附屬物對于調控纖毛的擺動模式至關重要。然而,尚不清楚中心微管的負末端是如何錨定在轉接區(qū)之上以維持其正常功能的。

在該項研究中,研究團隊揭示其前期發(fā)現(xiàn)的一個定位于動纖毛中央微管基部的富含Cep131 Centrin的亞結構具有托舉、錨定中央微管的功能并將其命名為CPF。研究人員利用結構照明顯微術(3D-SIM)發(fā)現(xiàn)CPF特異性地從腦室管膜細胞動纖毛的基體遠端伸出,從中心穿過轉接區(qū)并包裹中央微管的負端。而且,CPF的組裝并不依賴于中央微管。通過APEX2鄰近標記技術,鑒定出26CPF候選蛋白質,并發(fā)現(xiàn)其中Ccdc148定位于CPF近端,與富集在遠端的Cep131形成互補,提示CPF是由多個蛋白質形成的、極性化的復合物結構。進化分析表明Centrin、Ccdc131Ccdc148從原生動物到哺乳動物都較為保守,提示CPF具有進化保守性。為探究CPF的生理功能,研究人員構建了Cep131基因敲除小鼠,發(fā)現(xiàn)Cep131缺失并不影響腦室管膜細胞多纖毛的形成,但會導致CentrinCPF消失和中央微管落入轉接區(qū),并使部分纖毛喪失運動能力,引發(fā)Cep131缺失小鼠出現(xiàn)晚發(fā)性腦積水。而且,敲除小鼠也出現(xiàn)明顯的鞭毛結構異常和精子數(shù)量下降(弱精癥)。該研究提出了動纖毛中央微管的支撐機制, 為深入揭示CPF的結構和功能奠定了基礎,并有助于認識原發(fā)性纖毛運動障礙的致病機理。

上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院陳青霞助理研究員和山東師范大學趙惠杰教授為該文第一作者,分子細胞卓越中心朱學良研究員和上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏研究員為通訊作者。研究獲得自然科學基金委和山東省自然科學基金的資助,并得到分子細胞卓越中心細胞分析、動物實驗和分子生物學等公共技術平臺的大力支持。

文章鏈接:https://doi.org/10.1093/jmcb/mjae031

哺乳動物纖毛中央微管的支撐機制