8月20日，國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Molecular Cell Biology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）朱學(xué)良研究組聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏團(tuán)隊(duì)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(dòng)纖毛中央微管的亞結(jié)構(gòu)—中央微管基座（CP-foundation, CPF）。
動(dòng)纖毛是一種進(jìn)化上保守的富含微管的毛發(fā)狀細(xì)胞器，通過擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和胞外液體流動(dòng)。哺乳動(dòng)物的動(dòng)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(xì)胞運(yùn)輸?shù)?，而精子鞭毛可視為?qū)動(dòng)精子運(yùn)動(dòng)的一種特化的動(dòng)纖毛。動(dòng)纖毛的結(jié)構(gòu)和功能異常會(huì)引發(fā)原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙（primary ciliary dyskinesia，PCD），主要病征為反復(fù)呼吸道感染、不育和腦積水。纖毛以基體（basal body）為基礎(chǔ), 由轉(zhuǎn)接區(qū)、纖毛膜和軸絲等部分組成。動(dòng)纖毛的軸絲多由9組外周二聯(lián)體微管和一對(duì)中央微管（central pair，CP）形成核心結(jié)構(gòu)。中央微管及其附屬物對(duì)于調(diào)控纖毛的擺動(dòng)模式至關(guān)重要。然而，尚不清楚中心微管的負(fù)末端是如何錨定在轉(zhuǎn)接區(qū)之上以維持其正常功能的。
在該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)揭示其前期發(fā)現(xiàn)的一個(gè)定位于動(dòng)纖毛中央微管基部的富含Cep131 和Centrin的亞結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)照明顯微術(shù)（3D-SIM）發(fā)現(xiàn)CPF特異性地從腦室管膜細(xì)胞動(dòng)纖毛的基體遠(yuǎn)端伸出，從中心穿過轉(zhuǎn)接區(qū)并包裹中央微管的負(fù)端。而且，CPF的組裝并不依賴于中央微管。通過APEX2鄰近標(biāo)記技術(shù)，鑒定出26個(gè)CPF候選蛋白質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)其中Ccdc148定位于CPF近端，與富集在遠(yuǎn)端的Cep131形成互補(bǔ)，提示CPF是由多個(gè)蛋白質(zhì)形成的、極性化的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。進(jìn)化分析表明Centrin、Ccdc131和Ccdc148從原生動(dòng)物到哺乳動(dòng)物都較為保守，提示CPF具有進(jìn)化保守性。為探究CPF的生理功能，研究人員構(gòu)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(xì)胞多纖毛的形成，但會(huì)導(dǎo)致Centrin從CPF消失和中央微管落入轉(zhuǎn)接區(qū)，并使部分纖毛喪失運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)異常和精子數(shù)量下降（弱精癥）。該研究提出了動(dòng)纖毛中央微管的支撐機(jī)制, 為深入揭示CPF的結(jié)構(gòu)和功能奠定了基礎(chǔ)，并有助于認(rèn)識(shí)原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙的致病機(jī)理。
上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院陳青霞助理研究員和山東師范大學(xué)趙惠杰教授為該文第一作者，分子細(xì)胞卓越中心朱學(xué)良研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)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(xué)基金委和山東省自然科學(xué)基金的資助，并得到分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞分析、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和分子生物學(xué)等公共技術(shù)平臺(tái)的大力支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/jmcb/mjae031
哺乳動(dòng)物纖毛中央微管的支撐機(jī)制
