Borg3调控septin聚合促进初级纤毛形成的分子机制研究

研究人员针对初级纤毛形成过程中septin（隔膜蛋白）组装调控机制不明的问题，通过细胞模型发现Cdc42-Borg3通路通过调控septin八聚体聚合驱动纤毛形成。该研究揭示了Borg3作为Cdc42效应蛋白在纤毛基部的时空调控作用，为纤毛病（如多囊肾病）的发病机制提供了新见解。

　　

初级纤毛是大多数真核细胞的"细胞天线"，在信号传导和环境感知中发挥关键作用。纤毛功能障碍与多种疾病密切相关，包括Bardet-Biedel综合征、Meckel-Gruber综合征和多囊肾病。septin家族GTP酶能形成高阶结构并整合到细胞骨架中，虽然已知其参与纤毛形成，但其在纤毛区室中的寡聚组成、组装和调控机制仍不清楚。

德国弗莱堡大学医学院的研究团队发现septin以八聚体形式进入纤毛，其聚合过程依赖于Cdc42效应蛋白Borg3（又称Cdc42EP5）。通过构建Borg3敲除细胞模型，结合活细胞成像和超分辨显微技术，研究人员首次揭示Borg3通过Cdc42 GTP酶循环被招募至纤毛基部，进而调控septin动态组装。该研究不仅阐明了纤毛中septin结构的形成机制，还为理解纤毛相关疾病的发病机制提供了新视角，相关成果发表在《iScience》杂志。

关键技术方法包括：1）采用CRISPR/Cas9构建Borg3基因敲除的IMCD（小鼠肾内髓集合管）细胞系；2）应用结构化照明超分辨显微镜（SIM）解析septin和Borg3的纳米级定位；3）通过荧光漂白恢复（FRAP）技术定量分析septin动态；4）建立Arl13b-tomato标记的活细胞纤毛形成追踪系统；5）利用Cdc42活性特异性抗体进行空间定位分析。

【Septins localize to cilia】
通过免疫荧光和超分辨成像，发现septin家族成员（Sept2/6/7/9）在MDCK和IMCD细胞纤毛中主要呈现沿轴丝分布（70%）或基部聚集（30%）两种模式。Sept9敲除实验证实纤毛septin以八聚体为基本单元，而无法聚合的Sept2突变体（F20D/V27D）显著减少septin纤毛富集，表明高阶组装是纤毛定位的关键。

【Borg proteins colocalize with septins at cilia】
首次发现内源性Borg3在纤毛区室特异性富集，形成沿纤毛轴向的簇状分布。与septin的均匀分布不同，Borg3呈现近似等距的离散簇（视频S2），暗示其可能作为septin组装的"分子标尺"。

【Borg3 influences formation of cilia】
Borg3敲除使纤毛形成率降低50%，实时成像显示纤毛生长延迟。回补实验证实该表型可被野生型Borg3逆转，而CRIB结构域突变体（I23A/S24A）则丧失拯救能力，表明Cdc42结合对Borg3功能至关重要。

【Septins at cilia are regulated by Cdc42 and its downstream effector Borg3】
活性Cdc42（GTP结合态）特异性定位于纤毛基部，与Tuba GEF共定位。Cdc42持续活化（Q61E）或失活（T17N）突变均破坏纤毛形成，shRNA敲除产生类似Borg3敲除表型，而TC10敲除无此效应，证实Cdc42-Borg3轴的特异性调控。

【Borg3 regulates septin dynamics at cilia】
FRAP实验显示Borg3敲除细胞中Sept6-GFP的纤毛内恢复速率显著降低。空间分析揭示Cdc42活性区（基部）与TC10富集区（周边）形成同心圆分布，这种精确定位可能通过周期性招募/释放Borg3来放大septin动态。

该研究提出"GTP酶分子开关"模型：纤毛基部的Cdc42通过GTP/GDP循环驱动Borg3周期性招募，进而促进septin八聚体聚合形成功能性纤毛结构。这一发现不仅填补了纤毛septin组装调控的知识空白，其揭示的Borg3-Cdc42-septin调控轴更为纤毛相关疾病（如肾囊肿）提供了潜在治疗靶点。值得注意的是，与真菌中Cdc42直接调控septin的机制不同，哺乳动物通过Borg3这一"适配器"实现更精细的时空调控，反映了进化上的功能创新。研究还提出TC10可能参与周边膜区室化，为后续探索纤毛膜蛋白运输机制开辟了新方向。