清華新聞網(wǎng)12月1日電 纖毛是突出于細(xì)胞表面的細(xì)胞器，主要由纖毛膜包裹9+2或9+0的細(xì)胞微管所構(gòu)成。纖毛不僅具有運(yùn)動(dòng)功能，而且作為“細(xì)胞天線(xiàn)”感知外界信號(hào)，進(jìn)而調(diào)控個(gè)體發(fā)育和生理穩(wěn)態(tài)。纖毛的缺陷可導(dǎo)致多種疾病，如男性不育、內(nèi)臟翻轉(zhuǎn)、腎囊腫、多指癥等。纖毛如何維持其細(xì)長(zhǎng)的筒狀結(jié)構(gòu)，至今仍是膜生物學(xué)的未解之謎。
11月5日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院潘俊敏課題組在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）在線(xiàn)發(fā)表題為“磷脂翻轉(zhuǎn)酶塑造纖毛膜形態(tài)并參與纖毛發(fā)生”（A lipid flippase shapes the ciliary membrane and is essential for ciliogenesis）的研究論文，揭示了磷脂翻轉(zhuǎn)酶通過(guò)調(diào)控膜脂分布來(lái)維持纖毛特有膜形態(tài)、促進(jìn)纖毛形成的分子機(jī)制。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，缺失磷脂翻轉(zhuǎn)酶ALA2會(huì)導(dǎo)致纖毛缺損，這一現(xiàn)象在從單細(xì)胞綠藻到哺乳動(dòng)物的系統(tǒng)中均高度保守。超分辨顯微成像顯示，ALA2定位于纖毛基部，并在纖毛快速生長(zhǎng)階段富集，提示其在纖毛伸長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。透射電鏡和掃描電鏡進(jìn)一步揭示，ALA2缺失會(huì)導(dǎo)致纖毛膜出現(xiàn)異常膨脹與形態(tài)紊亂。
圖1.野生型和突變體纖毛頂端的透射電鏡（A）和掃描電鏡（B）分析
磷脂分子就像構(gòu)筑生物膜的“積木”，不同種類(lèi)磷脂在雙層膜中的分布決定了膜的曲率與形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，ALA2缺失細(xì)胞中，原本應(yīng)位于內(nèi)層的磷脂酰乙醇胺（PE）異常暴露于外層。由于PE分子具有較小的磷酸基團(tuán)和較大的脂肪酸尾部，這種分布錯(cuò)位破壞了膜的彎曲平衡，最終導(dǎo)致纖毛膜形態(tài)異常。研究提出，在纖毛形成過(guò)程中，ALA2通過(guò)在纖毛基部“翻轉(zhuǎn)”磷脂分子，重新塑造磷脂的分布，從而保障纖毛膜的筒狀結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定生長(zhǎng)。
圖2.磷脂反轉(zhuǎn)酶調(diào)控纖毛膜形態(tài)的模式圖
生命的起點(diǎn)源自磷脂雙層膜的形成。不同膜性細(xì)胞器的功能差異，正是建立在膜脂組分與排布的精妙調(diào)控之上。該研究首次揭示了磷脂翻轉(zhuǎn)酶在纖毛膜形態(tài)建立中的核心作用，為理解膜性細(xì)胞器形態(tài)生成的分子基礎(chǔ)提供了新的思路，也為研究纖毛相關(guān)疾病的病理機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2017級(jí)博士生王正茂為論文第一作者，生命科學(xué)學(xué)院教授潘俊敏為論文通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、疑難重癥及罕見(jiàn)病全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。
論文鏈接：
https://authors.elsevier.com/a/1m33c3QW8SA4dd
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
