Cell Rep | Xuecai Ge团队利用体内邻近标记蛋白组学绘制发育端脑放射状胶质细胞纤毛蛋白图谱

你可能从未听说过“初级纤毛”——这个从细胞表面伸出、像天线一样微小结构，在绝大多数人体细胞上都能找到，但即便是许多专业生物学家也对它知之甚少。长期以来，它甚至被当作“进化残留物”而被忽视。然而，当这个小小的天线失灵，将会引发被称为“纤毛病”的严重疾病，导致小头畸形、智力障碍等大脑发育异常。这个 不 足细胞总体积万分之一的微小结构，究竟藏着什么样的秘密？

近日，加州 大学默塞德 分校 / 河滨分校XuecaiGe团队在Cell Reports上发表了题为Proximity labeling proteomics maps radial glial ciliary proteins across the developing telencephalon的研究论文。研究团队通过构建Cilium-TurboID转基因小鼠模型，结合定量蛋白组学，在体内系统绘制了胚胎端脑放射状胶质细胞（ radial glia, RG ）初级纤毛的蛋白质图谱。该研究不仅揭示了纤毛蛋白的脑区特异性分布，还意外发现RG纤毛中存在核糖体及翻译相关蛋白，并进一步阐明了两个神经发育疾病相关蛋白MARCKS和CKAP2L在纤毛中的新功能。

在哺乳动物大脑皮层发育过程中， RG 作为主要的神经前体细胞，其顶端突出形成的初级纤毛暴露于脑室表面的脑脊液中，负责接收和整合多种信号（如 Hedgehog 通路）以调控前体细胞的增殖与分化。然而，由于纤毛体积小、蛋白丰度低且动态变化大，传统生化分离方法难以获得高保真度的纤毛蛋白组。此外， RG 在背侧（形成兴奋性神经元）和腹侧（产生抑制性中间神经元）存在显著异质性，其纤毛蛋白组成是否存在区域差异也尚不清楚。

核心发现：

构建体内纤毛邻近标记系统： 团队 利用 BLBP 启动子驱动纤毛定位的 TurboID 在 RG 纤毛中特异性表达，建立了 Cilium- TurboID 转基因小鼠。通过短时间生物素标记，成功富集了胚胎第 12.5 天（ E12.5 ）小鼠端脑背侧和腹侧 RG 纤毛蛋白。

定量蛋白组学鉴定：收集超过 800 个胚胎脑组织，经中性抗生物素蛋白（ neutravidin ）富集和 TMT 定量质谱分析，共鉴定出 258 个高置信度纤毛候选蛋白。 GO 分析显示这些蛋白参与细胞骨架组织、胞内运输、信号转导，以及令人意外的“蛋白质翻译调控”和“ RNA 结合”等过程。

RG 初级纤毛中存在翻译机器：免疫荧光和 RNA-FISH 实验证实，多个核糖体蛋白、翻译因子等均定位于 RG 纤毛内，提示初级纤毛可能具备局部蛋白质合成能力。这一现象在以往研究中未被报道，可能为纤毛快速响应外界信号提供新机制。

纤毛蛋白的脑区特异性分布：比较背侧与腹侧端脑，发现 67 种蛋白富集于背侧、 60 种富集于腹侧。研究证实 CKAP2L （ Filippi 综合征相关蛋白）主要定位于背侧 RG 纤毛，而 DHX57 （ RNA 解旋酶）则主要定位于腹侧 RG 纤毛，且该差异 不 源于总蛋白表达水平，提示存在脑区特异的纤毛靶向调控机制。

阐明神经发育疾病相关蛋白的纤毛功能：

MARCKS ：该蛋白缺失导致小鼠神经管闭合失败和 RG 极性紊乱。研究发现 MARCKS 依赖其 N 端豆蔻酰化修饰定位于纤毛，而非 PKC 磷酸化位点。敲除 Marcks 显著降低纤毛形成率和纤毛长度，并导致纤毛内 CDC42 水平下降，表明 MARCKS 通过募集 CDC42 促进纤毛发生。

CKAP2L ： CKAP2L 缺失突变主要与严重的遗传性疾病—— Filippi 综合征相关。 Ckap2l 敲除导致 Hedgehog 信号通路活性显著减弱。此外，小鼠 Ckap2l 缺失导致其背侧皮层神经前体细胞池缩小、神经元生成减少，并出现皮层变薄及小脑发育不全，类似病人 Filippi 综合征表型。

该研究提供了一个高质量的体内 RG 纤毛蛋白组资源（数据已上传 MassIVE : MSV000097579 ）。首次揭示了初级纤毛可能具备局部蛋白合成能力，这一概念挑战了传统上认为纤毛蛋白完全依赖纤毛内转运（ IFT ）从胞体供应的观点。结合脑室区放射状胶质细胞细胞核周期性迁移、纤毛远离细胞核的特点，局部翻译或许能使纤毛快速响应脑脊液中的信号变化，独立完成特定蛋白的合成与更新。虽然仍需直接证据证明活跃翻译的发生，但该发现为理解纤毛信号调控的动态性打开了新方向。

此外，研究揭示了纤毛蛋白组成的脑区特异性：背侧和腹侧端脑的 RG 纤毛具有显著差异的蛋白谱。结合背侧 RG 主要产生兴奋性神经元、腹侧 RG 产生抑制性神经元的谱系差异，推测纤毛蛋白的差异组成可能赋予不同脑区 RG 对相同环境信号（如 Hedgehog 、 Wnt 等）产生迥异的应答，从而精细调控皮层区域化与神经元亚型分化。

在疾病机制方面，本研究揭示了两个神经发育疾病相关蛋白 MARCKS 和 CKAP2L 此前未知的纤毛功能。 MARCKS 依赖其豆蔻酰化修饰定位于纤毛，并调控纤毛发生，为理解 MARCKS 基因敲除小鼠所表现出的严重脑发育畸形提供了新的分子基础。针对 CKAP2L ，本研究首次从分子机制上解析了其突变导致 Filippi 综合征的致病基础，明确纤毛功能障碍是该疾病的关键环节，为靶向纤毛信号缺陷的治疗策略提供了理论依据。未来研究仍需进一步探索脑区特异性纤毛蛋白的靶向调控机制、纤毛局部翻译的生物学意义，以及更多新鉴定蛋白在皮层发育与纤毛病中的潜在功能。总之，本研究提供的高质量数据资源和概念性突破，将为纤毛信号在神经发育与疾病机制研究领域开辟新的方向。

本文的第一作者为 Xuecai Ge 课题组的刘晓亮博士，参与作者包括 Xuecai Ge 课题组成员， Oscar T. Gutierrez 博士、 Eva Cai 博士、 Gurleen Kaur 博士、 Yazan Al- Issa 博士、 Scripps 研究所 John R. Yates III 课题组成员。刘晓亮博士和 Xuecai Ge 博士为本文的共同通讯作者。

原文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00433-X

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

学术合作组织

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。