清華新聞網(wǎng)9月29日電 纖毛是進(jìn)化上保守的細(xì)胞器，充當(dāng)關(guān)鍵的信號(hào)中心，控制從感知到發(fā)育模式的各種生理過(guò)程。這些天線(xiàn)樣結(jié)構(gòu)的組裝和維持依賴(lài)于鞭毛內(nèi)運(yùn)輸（IFT），一種由運(yùn)動(dòng)蛋白和多亞基復(fù)合物介導(dǎo)的雙向運(yùn)輸系統(tǒng)，可沿著基于微管的軸絲運(yùn)送貨物。在關(guān)鍵馬達(dá)中，異源三聚體驅(qū)動(dòng)蛋白-2驅(qū)動(dòng)正向運(yùn)輸，但其與IFT復(fù)合物耦合的分子機(jī)制仍未完全解決。
9月17日，清華大學(xué)生命學(xué)院歐光朔教授課題組在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）發(fā)表題為“IFT88-KAP相互作用介導(dǎo)驅(qū)動(dòng)蛋白-2與IFT耦合的保守機(jī)制”（IFT88-KAP interaction defines a conserved mechanism for kinesin-2-IFT coupling）的研究論文。該研究通過(guò)AlphaFold結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、系統(tǒng)突變篩選、線(xiàn)蟲(chóng)遺傳互補(bǔ)與人類(lèi)細(xì)胞驗(yàn)證等多項(xiàng)技術(shù)，首次揭示IFT88/OSM-5通過(guò)其TPR結(jié)構(gòu)域與驅(qū)動(dòng)蛋白-2的KAP亞基ARM重復(fù)區(qū)形成保守靜電互作界面，直接介導(dǎo)驅(qū)動(dòng)蛋白-2與纖毛內(nèi)運(yùn)輸（IFT）機(jī)器的耦聯(lián)。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)AlphaFold預(yù)測(cè)篩選IFT復(fù)合物亞基與驅(qū)動(dòng)蛋白-2的相互作用，發(fā)現(xiàn)IFT88/OSM-5與KAP之間存在高置信度的直接結(jié)合界面。進(jìn)化分析顯示，該相互作用模式在多個(gè)模式生物中高度保守。結(jié)構(gòu)建模表明，IFT88的TPR結(jié)構(gòu)域（α5、α7、α9螺旋）與KAP的ARM重復(fù)區(qū)（α3、α6、α9螺旋）形成電荷互補(bǔ)的嵌入式結(jié)合模式。
研究進(jìn)一步通過(guò)系統(tǒng)突變篩選鑒定出核心功能殘基：OSM-5的R246與D250（位于α7螺旋）分別與KAP-1的E177、Y134/R173形成鹽橋和極性相互作用網(wǎng)絡(luò)。線(xiàn)蟲(chóng)突變體回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)表明，核心突變（如KAP-1-3M: Y134A/R173A/E177A）雖不影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，但導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)蛋白-2無(wú)法進(jìn)入纖毛；而IFT88-2M（R246A/D250A）突變體中驅(qū)動(dòng)蛋白-2同樣滯留于纖毛基部，證實(shí)該相互作用特異性調(diào)控kinesin-II的招募與激活。研究還發(fā)現(xiàn)，外圍靜電相互作用對(duì)復(fù)合體形成和IFT功能非必需，突顯核心疏水與形狀互補(bǔ)界面在耦聯(lián)中的決定性作用。
人類(lèi)細(xì)胞中的功能保守性實(shí)驗(yàn)表明，人源KAP同源突變（Y143A/R181A/E185A）導(dǎo)致其纖毛內(nèi)信號(hào)下降約75%，與線(xiàn)蟲(chóng)表型高度一致，證明該機(jī)制在高等生物中廣泛適用。
研究首次解析了驅(qū)動(dòng)蛋白-2與IFT機(jī)器的直接耦合機(jī)制，闡明IFT88-KAP作為進(jìn)化保守的“分子橋梁”在纖毛組裝中的核心作用，為纖毛發(fā)生障礙相關(guān)疾病的機(jī)制研究與靶向干預(yù)提供了新理論框架。
驅(qū)動(dòng)蛋白-2的KAP亞基與IFT復(fù)合物的IFT88亞基直接相互作用，通過(guò)核心相互作用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)蛋白-2對(duì)IFT復(fù)合物的運(yùn)輸
清華大學(xué)生命學(xué)院教授歐光朔為論文通訊作者，生命學(xué)院2020級(jí)博士生陳廣涵為論文第一作者。研究得到清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委等相關(guān)機(jī)構(gòu)以及錢(qián)塘冠名教授項(xiàng)目的支持與資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.08.056
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
