黄开耀博士发表Cell子刊文章：比较分析多种细胞器蛋白

中科院水生生物研究所的研究人员发表文章，比对分析了关键细胞器结构的蛋白组成，从中发现ESCRT 蛋白介导了微泡释放，从而影响了纤毛的变化，这对于进一步分析纤毛病等相关疾病具有重要意义。

　　

生物通报道：中科院水生生物研究所的研究人员发表了题为“Comparative Analysis of Ciliary Membranes and Ectosomes”的文章，比对分析了关键细胞器结构的蛋白组成，从中发现ESCRT 蛋白介导了微泡释放，从而影响了纤毛的变化，这对于进一步分析纤毛病等相关疾病具有重要意义。

这一研究成果公布在11月17日的Current Biology杂志上，文章的通讯作者是水生生物研究所黄开耀研究员，黄开耀研究员早年毕业于湖北大学，其实验室研究重点是细胞器的形成和降解。目前集中在纤毛和油滴这两类细胞器上。文章第一作者是研究组龙欢博士。

现代生物学的发展使人们对真核细胞细胞器的结构和功能有了进一步的认识，但是对于由成百上千的蛋白和脂类组成的细胞器的形成和解聚，特别是与其生理功能的关系所知甚少。

纤毛分布在大多数的真核原生生物和动物细胞表面，由微管和外面包裹的纤毛膜组成，执行重要的运动和感受功能，与人类的多囊肾、肥胖以及癌症等纤毛病有关。其中纤毛膜（Ciliary Membranes，CM）是直接接近纤毛微管核心的膜区域，而微泡（ectosomes）则是目前能够被分辨的双层膜结构之一，含有各种蛋白，能够参与形成各种信号通路。

在这篇文章中，研究人员比对分析了这些结构的蛋白组成，发现纤毛释放的微泡具有独特的蛋白组成，会富集一种纤毛膜蛋白，蛋白酶，转运微泡分筛复合物ESCRT蛋白，小GTPases，以及泛素化蛋白。并且研究人员通过实时成像技术，发现ESCRT相关蛋白：PDCD6也会在纤毛微泡中富集，由此他们设计了一种快速敏感的方法，监控微泡释放。

这些研究表明，ESCRT 蛋白介导了微泡释放，从而影响了纤毛的长短，而且纤毛膜上普遍存在的受体，以及泛素化蛋白也表明这些结构参与了细胞信号传递，以及纤毛蛋白转运。

纤毛是由基体（来源于中心粒）顶端延伸而出的，突出于细胞表面的基于微管的毛发状细胞器，具有运动和/或信号传导功能，调控动物的生殖、发育与感知。与人类纤毛形成与解聚有关的基因突变后可导致纤毛病，近期一组研究人员揭示纤毛病Hydrolethalus综合症致病基因HYLS-1通过调控纤毛基部过渡区及过渡纤维结构的形成而调节纤毛形成。

他们以秀丽隐杆线虫为模式，研究发现HYLS-1缺失引起线虫纤毛基部过渡纤维结构缺失、过渡区形成异常。过渡纤维和过渡区Y-linker 结构在纤毛基部与质膜相连，将纤毛与细胞质分隔开来，共同构成纤毛的闸门(Ciliary Gate)，负责筛选和调控纤毛内各种分子的出入。进一步的研究发现，hyls-1突变体中，IFT复合体进入纤毛受阻，非纤毛蛋白可进入纤毛，表明纤毛闸门功能异常。该研究对深入理解HYLS1的生物学功能、纤毛发生机制、Hydrolethalus综合症致病机理等具有重要意义。Nature子刊：纤毛如何形成

此外，研究人员还发现了磷脂酰肌醇的一对激酶—磷酸酶组合通过调节磷脂酰肌醇在中心体周围的浓度调控纤毛发生的新机制。他们利用超分辨率显微技术发现蛋白激酶TTBK2也定位于纤毛基体。有趣的是，一个纤毛病相关的磷脂酰肌醇磷酸酶INPP5E也位于纤毛基体，当细胞接受纤毛发生的信号后，INPP5E会由纤毛基体离开，提示此激酶和磷酸酶可能作为阴阳两相协调磷脂酰肌醇在纤毛基体周围的浓度。

作者简介：

黄开耀
简历：
1988, 9-1992, 6 湖北大学; 理学学士学位; 生物学专业
1992, 7-1995, 8 郧阳师范专科学校; 讲师
1995, 9-1998, 9 武汉大学; 硕士学位; 遗传学专业
1998, 10-2004,4 德国FREIBURG 大学; 博士学位; 分子遗传专业
2004, 5-2009, 8 耶鲁大学分子、细胞及发育系; 博士后研究工作
2009, 9-2011,1 耶鲁大学; 合作研究科学家（Associate Research Scientist)
2011, 1-现在 中国科学院水生所研究员；中科院“****”入选者

本实验室研究重点是细胞器的形成和降解。目前集中在纤毛和油滴这两类细胞器上。纤毛是分布在大多数的真核原生生物和动物细胞表面，由微管和外面包裹的纤毛膜组成，执行者重要的运动和感受功能，与人类的多囊肾、肥胖以及癌症等纤毛病有关。本学科组利用原生生物衣藻、斑马鱼、肾表皮细胞来研究纤毛组装和解聚的分子机理，同时利用以上的模式来筛选治疗纤毛病的药物。

油滴是由单层磷脂所包裹的中性脂肪酸所组成，广泛存在于藻类、酵母以及动植物细胞中。油滴中的甘油三酸酯可用来制备生物柴油。目前实验室利用细胞生物学、分子生物学、生物化学、系统生物学和蛋白质组学的技术和方法集中研究控制油滴的生物合成、生物降解和分泌的外在因子和细胞内的代谢调控网络，并利用这些知识来改造现有的微藻生产生物柴油。

原文摘要：

Comparative Analysis of Ciliary Membranes and Ectosomes

Primary and motile cilia/flagella function as cellular antennae, receiving signals from the environment and subsequently activating signaling pathways that are critical for cellular homeostasis and differentiation [ 1–3 ]. Recent work with the green alga Chlamydomonas and the nematode C. elegans demonstrated that ectosomes can be released from the cilium and can mediate the intercellular communication [ 4–9 ]. To better understand the function of flagellar ectosomes, we have compared their protein composition to that of the flagellar membrane from which they are derived. Ectosomes released from flagella have a unique protein composition, being enriched in a subset of flagellar membrane proteins, proteases, proteins from the endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) [ 10–12 ], small GTPases, and ubiquitinated proteins. Live imaging showed that an ESCRT-related protein (PDCD6) was enriched in ectosomes released from flagella during gamete activation. We devised a sensitive and rapid assay to monitor ectosome release using luciferase fused to PDCD6 and a mutated ubiquitin. Ectosome release increased when cells underwent flagellar resorption. Knockdown of two ESCRT-related proteins, PDCD6 and VPS4, attenuated ectosome release during flagellar shortening and shortening was slowed. These data suggest that the ESCRT proteins mediate ectosome release and thereby influence flagellar shortening in Chlamydomonas. In addition, the prevalence of receptors such as agglutinin and ubiquitinated proteins in ciliary ectosomes suggests that they are involved in cell signaling and turnover of ciliary proteins.