研究揭示果蝇机械敏感神经元中力感受器复合物在体原位结构的核心组织机制

感知机械信号的能力是生物体与周围环境相互作用的基础，对于生物体的生存至关重要。机械感受神经元通过将外界的机械刺激转化为胞内信号，从而开启感受神经通路。为了完成这一任务，神经元发育出了特化的亚细胞结构——力感受器（MO），它是由细胞膜上的力敏感通道和配套的结构组分（如细胞骨架以及细胞外基质）构成的一种“结构-力学”整体。在这一结构中，力敏感离子通道是信号转导的关键，然而其结构组分则决定了机械感受神经元的感觉特性（如敏感性、响应范围等）。为了匹配神经元的最佳感受模式，力感受器形成了独有的特化结构（图一），这些结构也构成了机械力信号转导的“结构-力学”基础。因此，探究力感受器结构的组成和发生，对于理解机械力信号的转导机制以及相关的结构发育具有重要意义。

图一.果蝇力感受器的超微结构

清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究中心梁鑫课题组在《细胞生物学杂志》（Journal of Cell Biology）期刊在线发表了题为“DCX-EMAP是果蝇力感受器超微结构的核心组织者” （DCX-EMAP is A Core Organizer for the Ultrastructure of Drosophila Mechanosensory Organelles）的研究论文。该研究通过解析果蝇力感受器的三维超微结构组织，明确了力感受器的主要结构复合细胞骨架是由短微管阵列与沉积在微管壁上的电子致密物质（EDM）共同组成。同时，该研究发现一种特异定位于力感受器的微管相关蛋白DCX-EMAP是果蝇机械力信号转导所必需的。DCX-EMAP的缺失会导致果蝇力感受器中的微管数量显著降低，微管阵列严重受损，并伴有电子致密物质的大量消失，表明DCX-EMAP在力感受器超微结构的组织中发挥了重要作用。

研究人员进一步揭示了DCX-EMAP在分子水平上的作用机制，发现该蛋白在力感受器的组织过程中具有双重作用：一方面其氨基端的DCX结构域以抑制微管末端（包括生长末端及回缩末端）微管蛋白二聚体的解离发挥稳定微管的作用；而其羧基端的HELP以及WD40结构域则决定了DCX-EMAP在力感受器的特异性定位，其中WD40结构域还参与在局部空间中组织电子致密物质形成有序结构的过程。因此，DCX-EMAP通过同时整合微管与电子致密物质，在果蝇力感受器超微结构的组织过程中发挥了核心组织者的作用。该项工作以DCX-EMAP为入手点，系统地阐述了果蝇力感受器结构组织的分子机制，为理解机械力信号转导分子机器的发生提供了新的见解。同时，对DCX-EMAP分子机制的研究，也扩展了对于DCX家族蛋白在纤毛中作用的认识，而这些发现也为纤毛病的治疗提供了重要参考。

图二.DCX-EMAP参与力感受器结构组织的分子机制

梁鑫课题组2018级博士生宋雪薇为本文第一作者，博士后崔立虹、2018级博士生王珊及多位实验室同学和同事为实验进行提供了重要帮助。梁鑫副教授为本文通讯作者，已出站博士后孙兰弟（现任广州实验室高级工程师）为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划及清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的支持。