Nat Chem Biol | 张凯/Yildiz团队揭示Nde1/Lis1促进动力蛋白自抑制解除的新机制

胞质动力蛋白-1（cytoplasmic dynein-1，dynein）是细胞中负责将各类“货物”沿微管向负端运输的核心分子马达。其运输对象涵盖线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体、自噬体、RNA-蛋白复合物、蛋白聚集体、胞质囊泡、细胞核乃至骨架组分等，广泛参与神经发育、免疫极化、蛋白质清除、精子形成、纤毛运动和胚胎发育等关键过程。其功能障碍与多种神经退行性疾病、发育异常与免疫缺陷密切相关。

在细胞中，dynein 通常采用两种构象：一个由两个马达结构域（motor domain）紧密堆积的自抑制状态，因为其形似希腊字母Φ而被称为Phi 构象；一个是两个马达结构域分开的 open 构象，对于后续组装成全激活态的dynein/dynactin/adaptor (DDA) 复合体至关重要（图1）。在Dynein激活的起始阶段，dynein首先要 “打开”这个Phi构象中两个紧凑的motor，让Phi dynein转变成open 构象，随后才能组装DDA复合体。

图1. Dynein 的激活路径

Lis1和Nde1是调控dynein激活的关键因子，其突变会导致dynein功能紊乱，从而导致严重的神经发育和精神类疾病。领域此前一个盛行的观点认为Lis1结合开放态的dynein，从而阻止了自抑制状态Phi构象的二聚化界面的形成，这使得平衡由Phi向Open状态偏移，从而促进dynein的激活。特别是，Phi状态的dynein一度被认为和Lis1的结合明显不兼容（立体化学上严重冲突），并且认为Lis1单独就能够解除dynein的自抑制和稳定dynein open的构象，从而促进dynein组装成完全激活的dynein转运复合体。这些工作为理解Lis1调控dynein的机制提出了重要见解，但相关高分辨率结构信息均来自于酵母dynein马达结构域的截短体。然而，在dynein激活路径起始阶段，dynein Phi 构象如何转变成open构象的机制还不清楚，以及Nde1和Lis1在这一个过程中如何发挥调控作用仍待深入探究。

2025年8月1日，耶鲁大学张凯团队联合加州大学伯克利分校Ahmet Yildiz团队在Nature Chemical Biology在线发表题为“Nde1 promotes Lis1 binding to full-length autoinhibited human dynein 1”，首次捕获到了关键中间态PhiL-Lis1复合物构象，阐明了Nde1促进Lis1调控Dynein从自抑制Phi构象转变成open构象的新机制。

而在最新的报道，研究人员首先系统研究了人源全长dynein-1和Lis1的结合，发现其过程非常缓慢（长达数十分钟才能完全平衡），大量统计结果也表明Lis1单独几乎没有此前认为的促进Phi开放的效果。而Nde1的介入使得dynein-Lis1复合物的形成几乎在瞬间完成。不仅如此，研究人员进一步发现，使用预处理形成的Lis1-Nde1复合物可以介导几乎100% Phi dynein和Lis1形成一种此前认为根本存在的Phi-Lis1复合物。进一步的高分辨率冷冻电镜结果显示，这是一种非常关键的中间态，在整体构象上类似于Phi （Phi-like, PhiL）。结构展示了Lis1同时与两个motor亚基的新型结合模式，但Lis1二聚体只结合在dynein的一侧（与dynein中链/轻链塔式复合物出现在同一侧）。在这个PhiL-Lis1复合物中，马达结构域严格的二次对称已经被打破，从而使得自抑制状态的dynein处于“待开放”状态。

进一步的基于结构的突变分析、质量光度实验、单分子生物物理和电镜分析均显示Lis1尽管自己可以结合Phi dynein，但效率并不高，而Nde1可高效呈递Lis1至Phi构象的dynein上，显著促进PhiL-Lis1复合物形成，以及Phi dynein 的成功打开，充分证明了PhiL-Lis1是dynein激活的一个关键中间体（图2）。

图2. Nde1和Lis1调控dynein激活起始阶段的工作模式

耶鲁大学博后杨俊博士、加州大学伯克利分校博后赵元昶博士、耶鲁大学博士研究生柴鹏鑫（现为哈佛大学博后）为该论文共同第一作者，张凯教授与Ahmet Yildiz教授为通讯作者。该研究获得NIH资助及耶鲁电镜中心支持。此外，华中科技大学王玥教授和南京医科大学饶钦辉教授（均为张凯实验室前博后）在早期样品准备方面给予重要帮助。

https://www.nature.com/articles/s41589-025-01981-6

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