颜宁，再发Cell！

2024年3月28日，清华大学/深圳医学科学院颜宁、清华大学闫创业及潘俊敏共同通讯在Cell在线发表题为“Structure-guided discovery of protein and glycan components in native mastigonemes”的研究论文，该研究报道了从莱茵衣藻纤毛中分离的天然纤绒毛 (Mastigoneme) 3.0 Å分辨率的冷冻电镜结构。

清华大学讲席教授、北京生物结构前沿研究中心研究员、深圳医学科学院创始院长颜宁，清华大学生命科学学院副教授、北京生物结构前沿研究中心研究员闫创业，清华大学生命科学学院教授潘俊敏为本文的共同通讯作者。清华大学生命科学学院2022级直博生黄隽豪、2018级直博生陶慧和2022级直博生陈继坤为本文共同第一作者。清华大学生命科学学院2020级本科生沈扬参与了本研究。清华大学冷冻电镜平台主管雷建林教授为电镜数据收集提供了帮助。实验的质谱鉴定工作得到了蛋白质化学与组学平台的支持，实验的计算工作得到清华大学高性能计算平台、国家蛋白质设施实验技术中心（北京）的支持。本研究得到了科技部重点研发计划，国家自然科学基金重大研究计划、面上项目、专项项目，膜生物学国家重点实验室，北京市科技新星计划，北京高校卓越青年科学家计划项目，北京生物结构前沿研究中心与清华-北大生命科学联合中心的经费支持。

纤毛，或鞭毛，突出到细胞外环境服务于双重目的检测环境的变化和促进细胞运动。一些单细胞原生生物的纤毛排列有侧毛，称为纤绒毛。先前的研究表明，纤绒毛可能参与机械刺激的感知。它们还可以通过增加纤毛在蛙泳运动时的有效表面积来增强纤毛推进力。

有管状和非管状纤绒毛。管状纤绒毛属通常长1毫米，直径15-19纳米，相对坚硬，而非管状纤绒毛属较短(0.8毫米)，较薄(10纳米)，柔韧，易脱落。衣单胞菌纤毛上的非管状纤绒毛素被认为与多囊肾病蛋白(PKD2)(也称为多囊素-2 [PC-2])有关，多囊素-2是一种瞬时受体电位(TRP)家族通道，其跨膜区域共享电压门控离子通道(VGIC)折叠。在哺乳动物细胞的初级纤毛上，PKD2的三个亚基与PKD1(也称为PC-1)，(具有巨大的多结构域胞外区域)组合形成异源四聚体。然而，PKD1/PKD2异构体的生理功能尚不完全清楚，该异构体是否具有通道活性仍存在争议。预测衣藻上的纤绒毛是由重度糖基化的纤绒毛样蛋白1 (Mst1)组成的螺旋状聚合物。由于纤绒毛的高分辨率结构的缺乏，完整的组件，准确的组装，以及与PKD2潜在相互作用的细节仍然是未知的。此外，聚糖的结构或功能作用仍然难以捉摸。

糖基化是翻译后修饰(PTM)的一种主要形式，它显著地扩展了蛋白质的结构复杂性和功能多样性。糖化蛋白参与多种生物过程，如信号传导、免疫反应和细胞分化。在核酸、蛋白质、脂质和碳水化合物这四种主要的生物分子中，后两者是结构生物学最具挑战性的目标。糖基化通常通过点突变或去糖基化来去除，以改善基因的均匀性蛋白质结晶。使用单粒子冷冻电镜(cryo-EM)进行结构分析，可以保存糖基化。然而，由于多糖链固有的柔韧性，在EM图中只能分辨出靠近修饰残基的几个糖基。碳水化合物结构信息的缺乏严重限制了人们对一类主要生物分子的理解。

为了扩大人们对糖蛋白和天然生物结构的了解，作者利用单粒子冷冻电镜(cryo-EM)研究了莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)内源纤绒毛的组装，并获得了3.0 Å的重建。除了交织在一起的Mst1原纤维的高阶低聚物外，出色的EM图谱还能够鉴定出作为纤绒毛中心轴的蛋白质。研究人员将这种高度糖基化、富含羟脯氨酸(Hyp)的大蛋白命名为纤绒毛特异性轴蛋白Mstax。对Mstax未解析片段的结构预测显示，在近膜区和跨膜区存在PKD2样褶皱，从而为纤绒毛和PKD2之间的相互作用提供了合理的分子基础。该研究提供了对天然生物结构中蛋白质和聚糖相互作用复杂性的见解。

来源：iNature。