清華新聞網(wǎng)12月2日電 纖毛是突出于細(xì)胞表面的細(xì)胞器，主要由纖毛膜及其包裹的9+2或9+0細(xì)胞微管所構(gòu)成。纖毛中的細(xì)胞微管又稱(chēng)為軸絲微管（axonemal microtubules），是纖毛的主要結(jié)構(gòu)。在纖毛形成過(guò)程中，中心粒轉(zhuǎn)化為纖毛基體并錨定在細(xì)胞膜，隨后組裝纖毛過(guò)渡區(qū)，軸絲微管延伸并被纖毛膜包裹，最終形成纖毛。軸絲微管組裝所需要的微管蛋白來(lái)自于“鞭毛內(nèi)運(yùn)輸”介導(dǎo)的運(yùn)輸和微管蛋白擴(kuò)散，但是，軸絲微管的組裝是否需要調(diào)控以及如何調(diào)控仍然是未解之謎。
圖1.纖毛的結(jié)構(gòu)
11月13日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院潘俊敏課題組在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）在線(xiàn)發(fā)表題為“衣藻蛋白激酶MAK磷酸化FAP256/CEP104調(diào)控軸絲微管的組裝”（Chlamydomonasprotein kinase MAK phosphorylates FAP256/CEP104 and regulates axonemal microtubule assembly）的研究論文，揭示了蛋白激酶MAK磷酸化微管正端示蹤蛋白FAP256/CEP104進(jìn)而調(diào)控軸絲微管的組裝。
MAK屬于RCK蛋白激酶家族，在哺乳動(dòng)物中存在三個(gè)成員: ICK、MAK和MOK；在斑馬魚(yú)中僅有一個(gè)成員MAK。有趣的是，小鼠中敲除MAK導(dǎo)致視覺(jué)纖毛過(guò)度延長(zhǎng)，而雙敲除MAK和ICK，視覺(jué)纖毛無(wú)法形成。相比之下，在斑馬魚(yú)中敲除MAK則導(dǎo)致視覺(jué)纖毛不能組裝。因此，MAK和ICK如何調(diào)控纖毛的機(jī)制不詳。RCK家族在衣藻中具有MAK和MOK兩個(gè)成員。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，敲除MAK，衣藻纖毛無(wú)法形成。利用微管穩(wěn)定的藥物紫杉醇處理mak突變體細(xì)胞，纖毛組裝得到部分恢復(fù)，說(shuō)明MAK調(diào)控微管的組裝和穩(wěn)定性。通過(guò)鄰位標(biāo)記，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)FAP256/CEP104是MAK的潛在底物。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明MAK直接磷酸化FAP256/CEP104。FAP256/CEP104在纖毛頂端富集，未被磷酸化的FAP256/CEP104不能在纖毛頂端富集，纖毛再生具有缺陷。但是FAP256/CEP104的突變體在穩(wěn)態(tài)時(shí)仍然具有正常的纖毛，說(shuō)明MAK還有其他未知的底物。總之，該研究首次闡明了軸絲微管的組裝調(diào)控機(jī)制。
圖2.MAK磷酸化FAP256/CEP104調(diào)控纖毛的組裝
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2025級(jí)博士生張怡為論文第一作者，生命科學(xué)學(xué)院教授潘俊敏為論文通訊作者，生命科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士生楊新佳為研究作出了重要貢獻(xiàn)。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)室以及青島海洋科技中心海洋生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的資助。
論文鏈接：
www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503094122
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
