TCTN1蛋白完整性在纤毛发生中的关键作用：截短变体功能谱系分析揭示DUF1619结构域的非自主性调控

《iScience》：Profiling truncated variants of TCTN1 unveils the essential role of its integrity for ciliogenesis

本研究针对纤毛过渡区（TZ）关键蛋白TCTN1中保守结构域DUF1619的功能未知问题，通过构建四种TCTN1截短变体（DUF1619、ΔDUF1619、N-DUF1619、DUF1619-C）在衣藻tctn1突变体中稳定表达。研究发现仅表达DUF1619结构域会加剧纤毛缺陷，而完整TCTN1的N/C末端共同调控蛋白稳定性与TZ定位。该研究首次揭示TCTN1完整性对纤毛稳态的不可替代性，为纤毛病机制研究提供新视角。

　　

在细胞生命活动中，纤毛如同精巧的"天线"结构，通过其基部的过渡区（Transition Zone, TZ）严格控制物质进出，维持细胞内环境稳态。当这道"大门"失控时，可能引发多种器官异常，统称为纤毛病。在TZ的复杂蛋白质机器中，Tectonic（TCTN）蛋白家族作为核心"守门员"备受关注，但其唯一保守的结构域DUF1619的功能一直成谜。

为了揭开DUF1619的神秘面纱，江苏师范大学王亮课题组在《iScience》上发表了最新研究成果。他们以单细胞模式生物莱茵衣藻为模型，巧妙设计了一系列TCTN1蛋白的"删减版"变体，系统探究了不同蛋白片段对纤毛功能的贡献。研究发现了一个令人意外的现象：虽然DUF1619是TCTN家族中最保守的区域，但单独表达这一结构域不仅无法修复纤毛缺陷，反而会产生"毒性"效应，导致细胞体积缩小、纤毛缩短、再生速率下降等一系列严重问题。这就像一把钥匙虽然重要，但脱离了完整的锁体结构反而会破坏门锁功能。

研究团队主要运用了分子克隆构建TCTN1截短表达载体、电穿孔转化衣藻技术、微分干涉显微成像分析纤毛动态过程、蛋白质免疫印迹（Western Blot）检测蛋白表达水平变化以及免疫荧光定位等技术方法。其中衣藻样本来源于国际衣藻资源中心的标准菌株及其基因敲除突变体。

Construction and screening of C. reinhardtii cell lines expressing various truncated TCTN1 proteins

通过免疫印迹筛选获得四种TCTN1截短变体（DUF1619、ΔDUF1619、N-DUF1619、DUF1619-C）稳定表达细胞系，发现所有变体均无法恢复tctn1突变体的聚合生长表型和纤毛形成能力，证明TCTN1完整性对纤毛功能的必要性。

Noncomplementation of the ciliary phenotype in tctn1 by different truncated mutants

微分干涉显微成像显示所有截短变体均呈现与tctn1突变体相似的掌状聚合表型，其中DUF1619单独表达株系细胞面积显著缩小（23.93±7.34 μm²），纤毛再生速率最慢（约0.8 μm/h）。

Severely defective ciliary phenotype in the DUF1619-expressing cell line

在pH冲击诱导的纤毛重组装、焦磷酸钠诱导的解组装和氯化锂诱导的纤毛伸长实验中，DUF1619单独表达株系均表现出最严重的功能缺陷，证实该结构域单独表达对纤毛动态过程具有抑制作用。

Reduced TCTN1 protein stability due to the absence of its C-terminus during ciliary disassembly

蛋白质稳定性分析发现缺失C末端的变体（N-DUF1619和DUF1619）在纤毛解组装过程中蛋白水平显著下降，揭示C末端在维持TCTN1蛋白稳定性中的关键作用。

The ciliary base localization sequences at the N- and C-termini of TCTN1

免疫荧光定位分析显示全长TCTN1在纤毛基部形成典型双点状信号（约88%细胞），而缺失N末端（DUF1619和DUF1619-C）的定位效率降至17%-30%，证明N末端携带主要纤毛基部定位信号，C末端起辅助作用。

No dramatic changes in other ciliary components underlying truncated TCTN1 cell lines

对过渡区蛋白NPHP4、NPHP8和纤毛运输蛋白BBS1的表达水平与定位分析表明，TCTN1截短变体并不显著影响其他纤毛组分的稳态，提示DUF1619的细胞毒性作用可能通过独立于经典TZ复合体组装的新机制实现。

这项研究通过精细的"分子解剖"策略，揭示了TCTN1蛋白各结构域的协同作用机制：DUF1619结构域必须与N/C末端共同协作才能发挥正常功能，其中C末端在纤毛解组装过程中稳定蛋白结构，而N末端主导纤毛过渡区的精准定位。特别值得注意的是，单独表达DUF1619结构域产生的"增益性功能"效应，为理解纤毛病致病机制提供了新范式——某些突变可能不仅导致功能丧失，还会产生破坏性效应。该研究同时指出，与CEP290等可通过最小功能域进行基因治疗的TZ蛋白不同，TCTN1的功能实现高度依赖其完整三维结构，这对相关疾病的治疗策略设计具有重要启示。未来通过AlphaFold等结构预测工具解析TCTN复合体的精细构象，将有望进一步揭示其"分子门控"的工作机理。