鞭毛毛部的亚微结构是

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纤毛又称鞭毛，是真核细胞表面突出的重要细胞器，在细胞运动、胚胎发育、信号转导等方面发挥着重要作用[1]。纤毛主要由基质、轴丝、纤毛膜和纤毛基质组成。作为轴丝，双管从基质中的三管延伸出来，被纤毛膜覆盖[2]。在睫状基质，一个称为过渡区的特殊区域可以调节膜结合和可溶性睫状蛋白的进出[3]。在许多门控功能中，TZ被认为能够调节鞭毛内运输-鞭毛基部和顶端之间的双向运输由作为马达的驱动蛋白和激动素介导[4]。IFT对纤毛的组装和稳定性至关重要，一系列IFT蛋白和马达留在纤毛基质中，等待进入纤毛。然而，这些蛋白质如何组装成复杂的IFT复合物以沿着纤毛轴丝移动仍有待解释。

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图1纤毛的结构

2022年7月29日，来自瑞士巴塞尔大学的研究小组Benjamin D. Engel在《科学》杂志上发表了一篇名为《纤毛基部的原位结构》的论文，揭示了鞭毛内运输链的逐步组装。第八章结合冷冻电镜和超分辨结构延伸光学显微镜对绿藻的纤毛进行了观察，揭示了TZ结构原位和IFT复合体在纤毛基质中逐渐组装的机制。

图2绿藻纤毛TZ的冷冻电镜结构

通过cryo-ET技术，作者观察到不同类型的结构附着在MTD上，平均断层子图如图2c ~ h所示。近端直径约为180nm的TZ区域被表面上的Y-连接和空腔中的星状纤维占据。在横截面上，星形纤维组装成9点星形，同时组装成6螺旋重复圆柱体。每个周期的高度为49.2nm，结合MTD的A3原纤维，纵向周期为8.1nm，Y-link连接MTD和纤毛膜，并帮助门控运输进出纤毛。该结构揭示了Y-link与MTDA9、A10、B1 ~ B4纤丝结合，纵向周期为8.3nm，但结构中Y-link外侧与睫状体膜的结合密度可能由于高动力学而无法分辨。

在远端区域，有一种不同的螺旋密度包裹在MTD周围，称为MTD鞘，由于其在近端缺乏而存在于远端。因此，作者假设这种结构可能有助于调节轴丝剪切并在此过程中丢失。

图3 IFT杂岩与TZ地区的低温同位素结构

IFT蛋白位于睫状基质附近，但其结构和组装方式多年来仍不为人知。在解析的cryo-ET结构中，作者观察到丝状颗粒位于过渡纤维之间，一端与TZ接触，另一端延伸至细胞质。根据平均故障子图，作者得到了粒子复合体的完整结构，这就是IFT复合体。发现IFT络合物在成熟和组装状态下表现出不同的结构。在成熟状态下，IFT处于延伸的直链状态，由IFT-B、IFT-A和DYN -1b组成。当接近TZ地区时，组合体变得更加灵活，弯曲率增加。同时，IFT-A和DYN -1b没有组装。

图4组装态和成熟态IFT化合物的组成分布。

为了更好地分析IFT和TZ地区的组装或成熟状态之间的关系，作者利用原始粒子分子信息绘制了各个IFT复合体在组装或成熟状态下的组成分布图，累积曲线显示了非常清晰的不同组分的分布关系。IFT-B自始至终一直存在，但随着远端到近端，dynamin -1b和随后的IFT-A逐渐消失。将装配状态与成熟状态进行比较，我们可以看到，成熟状态中部的IFT-阿卜德亚基较多，而不成熟状态近部的IFT-B亚基延伸较长。

图5。用U-ExM测试IFT综合体的装配模式

由于驱动蛋白-2的分子量和动力学性质较低，很难用cryo-ET进行定位和分析，因此作者转向U-ExM来检测驱动蛋白-2在IFT组装态的分布。激动素-2、驱动蛋白-1b、IFT-B和IFT-A可以通过荧光来观察。其分布与cryo-ET相似。IFT-B的长度比IFT-A和驱动蛋白-1b长，而驱动蛋白-2最短，更接近IFT的远端。IFT的双组分标记荧光证实IFT-A比驱动蛋白-2长，而IFT-B比IFT-A长，同时可以看出IFT在TZ重复9次。

综上所述，作者结合cryo-ET和U-ExM提供了IFT复合体组装空的顺序过程。IFT-B首先形成骨架，然后从头到尾招募IFT-A和驱动蛋白-1b，最后与驱动蛋白-2结合。但是，本文仍有一些问题没有解决。IFT进入纤毛时是如何调节的，比如处于组装状态的纤毛头部是如何被阻止进入纤毛的？作者给出的可能解释是，TZ的调节因子可能调节驱动蛋白-2的加载，MTD鞘作为屏障阻止小IFT复合物进入，或者额外的IFT-B相关分子作为刹车阻止进入。

原始链接

science.org/doi/10.1126/science.abm6704

作者|朱昂琦

资料来源:北京生物结构前沿研究中心