研究揭示保证运动性多纤毛精细结构正确组装的机制

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）研究员朱学良研究组最新研究成果以Fibrogranular materials function as organizers to ensure the fidelity of multiciliary assembly为题，在线发表在Nature Communications上。该研究揭示出多纤毛细胞特有的亚细胞结构-纤维状颗粒物（fibrogranular materials）作为组织者对动纤毛的精确组装起重要调控作用。

多纤毛细胞是一类终末分化的上皮细胞，表面长有多至数百根的运动纤毛（motile cilia），在高等动物体内主要分布于气管、脑室管膜及输卵管等上皮组织，其纤毛的周期性摆动可以湿润、清洁气管，驱动脑脊液流动和受精卵运动。运动性多纤毛细胞不仅需要通过摇篮体（deuterosome）介导形成大量特化的中心粒作为纤毛的基体，还需要形成复杂、精致的运动结构。多纤毛发生和功能的异常可导致气管炎、脑积水等多种遗传疾病。运动纤毛含有数百种蛋白质组分，在多纤毛细胞分化过程中被大量合成。它们依靠纯粹地自发组装还是有特定的方式归类贮存、按需使用，仍不清楚。

纤维状颗粒物是一种仅出现于高等动物多纤毛细胞的亚细胞结构，尽管在上世纪60年代的电镜研究中已被发现，但其组成与功能仍有待探索。结合蛋白组学、超高分辨率显微成像、活细胞高速显微成像和多种电镜技术，朱学良研究组科研人员发现，纤维状颗粒物是由Pcm1相分离形成的具有液体特征的大型（直径可达2微米）、动态的无膜细胞器，黏附摇篮体，且在其桑果状结构中大量富集了特定的基体和纤毛的结构蛋白质，这些组分在纤毛发生的不同阶段定位到基体和纤毛中。人为敲低Pcm1的蛋白水平，不仅使多纤毛细胞无法形成纤维状颗粒物，而且导致摇篮体数目、大小和分布异常。尽管这些细胞最终形成的纤毛数目与对照细胞无异，其纤毛和基体的超微结构却出现明显缺陷，导致纤毛摆动方式和能力严重异常。进一步分析发现，在纤维状颗粒物中富集的组分提前定位到了基体，并且纤毛中央微管基部的结构显着延长，说明它们组装的时间顺序性被打破，从而影响运动纤毛结构的精确性和功能。因此，纤维状颗粒物在多纤毛细胞分化过程中行使组织者的功能，既作为纤毛相关组分的贮藏室，又黏附摇篮体、富集于新生纤毛基部附近，保证运动纤毛精细结构组装的有序性和正确性。(生物谷Bioon.com）