支撑动纤毛中央微管的亚结构：中央微管基座

　　

8月20日，国际学术期刊Journal of Molecular Cell Biology在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）朱学良研究组联合上海交通大学医学院附属新华医院鄢秀敏团队的最新研究成果：“A polarized multicomponent foundation upholds ciliary central microtubules”。该研究发现并解析了支撑动纤毛中央微管的亚结构—中央微管基座（CP-foundation, CPF）。

动纤毛是一种进化上保守的富含微管的毛发状细胞器，通过摆动驱动细胞运动和胞外液体流动。哺乳动物的动纤毛主要以多纤毛的形式分布于气管、脑室、附睾和输卵管等上皮组织，参与呼吸道清洁、脑脊液循环和生殖细胞运输等，而精子鞭毛可视为驱动精子运动的一种特化的动纤毛。动纤毛的结构和功能异常会引发原发性纤毛运动障碍（primary ciliary dyskinesia，PCD），主要病征为反复呼吸道感染、不育和脑积水。纤毛以基体（basal body）为基础, 由转接区、纤毛膜和轴丝等部分组成。动纤毛的轴丝多由9组外周二联体微管和一对中央微管（central pair，CP）形成核心结构。中央微管及其附属物对于调控纤毛的摆动模式至关重要。然而，尚不清楚中心微管的负末端是如何锚定在转接区之上以维持其正常功能的。

在该项研究中，研究团队揭示其前期发现的一个定位于动纤毛中央微管基部的富含Cep131 和Centrin的亚结构具有托举、锚定中央微管的功能并将其命名为CPF。研究人员利用结构照明显微术（3D-SIM）发现CPF特异性地从脑室管膜细胞动纤毛的基体远端伸出，从中心穿过转接区并包裹中央微管的负端。而且，CPF的组装并不依赖于中央微管。通过APEX2邻近标记技术，鉴定出26个CPF候选蛋白质，并发现其中Ccdc148定位于CPF近端，与富集在远端的Cep131形成互补，提示CPF是由多个蛋白质形成的、极性化的复合物结构。进化分析表明Centrin、Ccdc131和Ccdc148从原生动物到哺乳动物都较为保守，提示CPF具有进化保守性。为探究CPF的生理功能，研究人员构建了Cep131基因敲除小鼠，发现Cep131缺失并不影响脑室管膜细胞多纤毛的形成，但会导致Centrin从CPF消失和中央微管落入转接区，并使部分纤毛丧失运动能力，引发Cep131缺失小鼠出现晚发性脑积水。而且，敲除小鼠也出现明显的鞭毛结构异常和精子数量下降（弱精症）。该研究提出了动纤毛中央微管的支撑机制, 为深入揭示CPF的结构和功能奠定了基础，并有助于认识原发性纤毛运动障碍的致病机理。

上海交通大学医学院附属新华医院陈青霞助理研究员和山东师范大学赵惠杰教授为该文第一作者，分子细胞卓越中心朱学良研究员和上海交通大学医学院附属新华医院鄢秀敏研究员为通讯作者。研究获得自然科学基金委和山东省自然科学基金的资助，并得到分子细胞卓越中心细胞分析、动物实验和分子生物学等公共技术平台的大力支持。

文章链接：https://doi.org/10.1093/jmcb/mjae031

哺乳动物纤毛中央微管的支撑机制