Structure丨冯巍研究组揭示调控溶酶体运输BORC复合物的组装机制

作为细胞内的降解工厂，溶酶体不仅负责分解和回收细胞成分，还扮演着信号中心的角色，协调细胞代谢和信号转导。溶酶体能够响应细胞内外环境的变化，通过调整自身的形状、大小和位置来参与多种生物学过程，包括细胞生长、自噬和免疫反应。溶酶体运输相关元件的变化或突变会造成多种神经系统疾病。同时，溶酶体的动态运输在癌细胞的生长和侵染调控过程中必不可少，因此可作为抗癌治疗的潜在靶点。

溶酶体的转运可通过小G蛋白ARL8控制，ARL8与马达蛋白直接或间接结合，并通过后者介导溶酶体沿微管轨道双向运输。有研究报道，ARL8主要通过异八聚体复合物BORC被特异性地募集至溶酶体膜上，即BORC作为适配因子或激活因子，招募ARL8进行调控溶酶体的转运和定位。此外，除调节溶酶体转运外，BORC-ARL8也是溶酶体-自噬体融合以及将新合成的蛋白质靶向溶酶体的过程中必需的调控因子，在控制突触囊泡的轴突转运中也至关重要。尽管BORC-ARL8在上述过程中发挥重要作用，但BORC的异八聚体组装及其与ARL8相互作用的分子机制目前尚不清楚。

近日，中国科学院生物物理研究所冯巍研究组在Structure期刊上发表了题为The structure and assembly of the hetero-octameric BLOC-one-related complex的研究文章。该研究综合多种生物学研究手段，首次揭示了BORC异八聚体复合物的卷曲螺旋结构，并鉴定出BORC与ARL8结合的关键区域，这为深入理解溶酶体运输调控机制提供了基础。

研究团队运用体外重组表达技术，成功制备了异源八聚体BORC复合物的蛋白质样本，并在此基础上深入研究，目标是揭示其结构特性和生物学功能。通过冷冻电镜技术，他们发现BORC复合物的结构并非预期的串珠状，而是一种卷曲螺旋 （Coiled-coil） 的组装模式，这种结构在结构生物学领域颇具挑战性。在研究过程中，团队遇到了样品在冷冻电镜下明显的取向优势和晶体衍射中的严重各向异性等技术难题。为了克服这些挑战，研究小组采用交联质谱技术和AlphaFold结构预测方法，成功解析了BORC异八聚体复合物的结构。研究结果显示，BORC的八个亚基组成了一个细长的杆状结构，复合物由反平行的两个亚复合物通过N端相接的方式构成，而每个亚复合物均由四个亚基的α螺旋组装形成卷曲螺旋 （分别为BORCS1/4/6/8和BORCS2/3/5/7） 。进一步的生化实验表明，破坏这两个亚复合物结合界面的疏水相互作用可以导致复合物解聚。研究还发现，BORC可以通过核心的四亚基亚复合物 （BORCS1/2/3/5） 逐步招募其余亚基，暗示在体内可能存在多种具有重要生物学意义的亚复合物。在解析BORC组装模式的基础上，研究小组利用交联质谱技术鉴定出BORC可以通过其BORCS5亚基N端的一段多肽序列与ARL8结合。接着，研究小组利用CRISPR/Cas9技术构建了BORCS5敲除的细胞系，并通过回补实验证实了这种相互作用在溶酶体的运输中发挥着关键作用。

图. 调控溶酶体运输的BORC复合物组装机制研究

中国科学院生物物理研究所的冯巍研究员为本篇论文的通讯作者。论文的共同第一作者包括该研究所已毕业的博士研究生葛晅、副研究员任锦启以及博士生谷可伟。生物物理研究所宫维斌副研究员和斯坦福大学的沈康教授也为该研究贡献了力量。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.str.2024.12.001

转载自：http://www.ibp.cas.cn/jz/zxdt/202501/t20250103_7513258.html

制版人：十一

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