生命学院潘俊敏课题组在衣藻中揭示纤毛轴丝微管组装的调控机制

发布时间：2025-12-03 09:36:52 21次浏览来源：清华大学

清华新闻网12月2日电 纤毛是突出于细胞表面的细胞器，主要由纤毛膜及其包裹的9+2或9+0细胞微管所构成。纤毛中的细胞微管又称为轴丝微管（axonemal microtubules），是纤毛的主要结构。在纤毛形成过程中，中心粒转化为纤毛基体并锚定在细胞膜，随后组装纤毛过渡区，轴丝微管延伸并被纤毛膜包裹，最终形成纤毛。轴丝微管组装所需要的微管蛋白来自于“鞭毛内运输”介导的运输和微管蛋白扩散，但是，轴丝微管的组装是否需要调控以及如何调控仍然是未解之谜。

图1.纤毛的结构

11月13日，清华大学生命科学学院潘俊敏课题组在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）在线发表题为“衣藻蛋白激酶MAK磷酸化FAP256/CEP104调控轴丝微管的组装”（Chlamydomonasprotein kinase MAK phosphorylates FAP256/CEP104 and regulates axonemal microtubule assembly）的研究论文，揭示了蛋白激酶MAK磷酸化微管正端示踪蛋白FAP256/CEP104进而调控轴丝微管的组装。

MAK属于RCK蛋白激酶家族，在哺乳动物中存在三个成员: ICK、MAK和MOK；在斑马鱼中仅有一个成员MAK。有趣的是，小鼠中敲除MAK导致视觉纤毛过度延长，而双敲除MAK和ICK，视觉纤毛无法形成。相比之下，在斑马鱼中敲除MAK则导致视觉纤毛不能组装。因此，MAK和ICK如何调控纤毛的机制不详。RCK家族在衣藻中具有MAK和MOK两个成员。研究团队发现，敲除MAK，衣藻纤毛无法形成。利用微管稳定的药物紫杉醇处理mak突变体细胞，纤毛组装得到部分恢复，说明MAK调控微管的组装和稳定性。通过邻位标记，团队发现FAP256/CEP104是MAK的潜在底物。体内和体外实验证明MAK直接磷酸化FAP256/CEP104。FAP256/CEP104在纤毛顶端富集，未被磷酸化的FAP256/CEP104不能在纤毛顶端富集，纤毛再生具有缺陷。但是FAP256/CEP104的突变体在稳态时仍然具有正常的纤毛，说明MAK还有其他未知的底物。总之，该研究首次阐明了轴丝微管的组装调控机制。