清华欧光朔JCB发表CRISPR研究成果

　　

生物通报道：近期，清华大学欧光朔研究组在《细胞生物学杂志》（Journal of Cell Biology）上在线发表题为“Somatic CRISPR–Cas9-induced mutations reveal roles of embryonically essential dynein chains in Caenorhabditis elegans cilia”的论文。这项研究通过体细胞CRISPR–Cas9诱发的突变，揭示了胚胎必不可少的动力蛋白链在秀丽隐杆线虫纤毛中的作用。

本文通讯作者欧光朔研究员1994年至2001年在中国农业大学生物学院分别获得理学学士、硕士学位，2006年在美国加州大学戴维斯分校获细胞和发育生物学博士学位，2007年至2011年在美国加州大学旧金山分校/霍华德休斯医学研究院从事博士后研究，2011年至2013年为中科院生物物理研究所研究员。现任清华大学生命科学学院研究员、博士生导师。欧光朔带领的课题组以线虫的Q神经前体细胞为对象，研究细胞骨架和信号转导蛋白如何调控神经系统的发育。Q神经前体细胞发育过程包括不对称分裂、长距离迁移、细胞凋亡及神经丝的形成，最终产生触觉神经元和中间神经元。他们建立了活体荧光显微成像方法，在细胞器和分子水平上实时记录Q细胞发育过程。该课题组还发展了对线虫野生型基因组进行条件性基因突变方法，研究Q细胞发育分子机制。相关研究成果曾经发表在Nature、Science、JCB、PNAS、Development、Nature Biotechnology、Development Cell、Current Biology等国际著名学术期刊。延伸阅读：清华大学Cell子刊发表CRISPR研究重要成果。

纤毛或真核生物的鞭毛是基于细胞微管的一种亚细胞结构。它兼具细胞运动和细胞信号传导的作用，参与动物的发育、细胞分裂和维持各种器官的正常生理功能。纤毛的缺陷常导致多种疾病诸如呼吸道疾病、肾囊肿，内脏转位，肥胖症、癌症等。因此有关的纤毛的研究是目前研究的热点领域。

纤毛就像细胞表面的触角一样，中间是微管形成的轴丝样结构，周围由细胞膜包裹。在纤毛的生成阶段，轴丝从纤毛的底部向远端生长，由于纤毛没有自身合成蛋白的能力，所以，纤毛必须将细胞浆内产生的蛋白从纤毛的底部转运到纤毛的顶部，同时，将细胞生存内环境的外界信息或者物质，从纤毛顶部转运到纤毛的底部，这就使得纤毛拥有正向转运和逆向转运的功能。IFT蛋白是装配和维护纤毛的必要条件，是纤毛行使双向转运功能的物质基础。

IFT的双向转运功能依赖于一套特殊的装置，包括IFT运动蛋白（kinesin-II和dynein），IFT颗粒（IFT particle，由IFT-A复合物和IFT-B复合物构成），以及被转运的分子（cargo molecules）。IFT颗粒与被转运的分子结合，可将被转运的分子转运到细胞纤毛的顶部，或者从顶部转运到底部。

虽然关于运动蛋白kinesin-II驱动的正向IFT转运，我们已经了解很多，但是，逆向IFT转运特定动力蛋白的构成和调节，仍然是难以捉摸的。细胞质动力蛋白的组件，可能参与IFT转运；然而，它们在细胞分裂中的重要作用，妨碍了有丝分裂后纤毛的功能性研究。

在这项研究中，研究人员报道称，成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）-Cas9系统在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中的诱导表达，可在IFT马达蛋白和颗粒中产生条件突变，从而概括了它们无效突变体中的纤毛缺陷。

使用这种方法，跳过胚胎的需求，该研究小组表明：动力蛋白中间链、轻链LC8和lissencephaly-1可调节逆向IFT；动力蛋白轻链中间链在树突中起作用，并间接有助于纤毛发生（ciliogenesis）；Tctex和Roadblock轻链对于纤毛组装是可有可无的。

此外，这项研究表明，这些成分以不同的转运频率和转向行为，经过了双相的IFT。总而言之，这些研究结果表明，IFT–动力蛋白和胞质动力蛋白不仅具有独特的成分，而且还共享组件和调控机制。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Somatic CRISPR–Cas9-induced mutations reveal roles of embryonically essential dynein chains in Caenorhabditis elegans cilia
Abstract: Cilium formation and maintenance require intraflagellar transport (IFT). Although much is known about kinesin-2–driven anterograde IFT, the composition and regulation of retrograde IFT-specific dynein remain elusive. Components of cytoplasmic dynein may participate in IFT; however, their essential roles in cell division preclude functional studies in postmitotic cilia. Here, we report that inducible expression of the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)–Cas9 system in Caenorhabditis elegans generated conditional mutations in IFT motors and particles, recapitulating ciliary defects in their null mutants. Using this method to bypass the embryonic requirement, we show the following: the dynein intermediate chain, light chain LC8, and lissencephaly-1 regulate retrograde IFT; the dynein light intermediate chain functions in dendrites and indirectly contributes to ciliogenesis; and the Tctex and Roadblock light chains are dispensable for cilium assembly. Furthermore, we demonstrate that these components undergo biphasic IFT with distinct transport frequencies and turnaround behaviors. Together, our results suggest that IFT–dynein and cytoplasmic dynein have unique compositions but also share components and regulatory mechanisms.