PNAS | 清华大学潘俊敏课题组在衣藻中揭示纤毛轴丝微管组装的调控机制

纤毛是突出于细胞表面的细胞器，主要由纤毛膜及其包裹的9+2或9+0 细胞微管所构成 （图1）。纤毛不仅具有运动功能，而且作为 “细胞天线”感知外界信号，进而调控个体发育和生理稳态。纤毛的缺陷可导致多种疾病，如男性不育，内脏翻转，肾囊肿，多指症等。纤毛中的细胞微管又称轴丝微管(axonemal microtubules)，是纤毛的主要结构。在纤毛发生过程中，中心粒转化为纤毛基体并锚定在细胞膜，随后组装纤毛过渡区，轴丝微管延伸并被纤毛膜包裹，最终形成纤毛。轴丝微管组装所需要的微管蛋白来自于“鞭毛内运输”介导的运输和微管蛋白扩散，但是，轴丝微管的组装是否需要调控以及如何调控扔是未解之谜。

图1.纤毛的结构

清华大学生命学院潘俊敏研究组近日在美国科学院院刊PNAS杂志在线发表题为Chlamydomonasprotein kinase MAK phosphorylates FAP256/CEP104 and regulates axonemal microtubule assembly的研究论文，揭示了蛋白质激酶MAK磷酸化微管正端示踪蛋白CEP104/FAP256,进而调控轴丝微管的组装。

MAK属于RCK蛋白激酶家族，在哺乳动物中存在3个成员: ICK, MAK 和MOK；在斑马鱼中仅有一个成员MAK。有趣的是，小鼠中敲除MAK导致视觉纤毛过度延长，而双敲除MAK和ICK,视觉纤毛无法形成；相比之下，在斑马鱼中敲除MAK则导致视觉纤毛不能组装。因此，MAK和ICK如何调控纤毛的机制不详。RCK家族在衣藻中具有MAK和MOK两个成员。研究团队发现，敲除MAK，衣藻纤毛不能发生。利用微管稳定的药物紫杉醇处理mak突变体细胞，纤毛组装得到部分恢复，说明MAK调控微管的组装和稳定性。通过邻位标记，团队发现CEP104/FAP256是MAK的潜在底物。体内和体外实验证明MAK直接磷酸化CEP104/FAP256。CEP104/FAP256在纤毛顶端富集，未被磷酸化的CEP104/FAP256不能在纤毛顶端富集，纤毛再生具有缺陷。但是CEP104/FAP256的突变体在稳态时仍然具有正常的纤毛，说明MAK还有其它未知的底物。总之，该研究首次阐明了轴丝微管的组装调控机制。

图2.MAK磷酸化CEP104/FAP256调控纤毛的组装

本项工作的第一作者为张怡博士，通讯作者为潘俊敏教授，杨新佳博士也做出了非常重要的贡献。本研究得到了国家基金委、清华-北大生命科学联合中心，疑难重症及罕见病全国重点实验室以及青岛海洋国家实验室的资助。

论文链接：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503094122