生命學院潘俊敏課題組在衣藻中揭示纖毛軸絲微管組裝的調控機制
清華新聞網12月2日電 纖毛是突出于細胞表面的細胞器，主要由纖毛膜及其包裹的9+2或9+0細胞微管所構成。纖毛中的細胞微管又稱為軸絲微管（axonemal microtubules），是纖毛的主要結構。在纖毛形成過程中，中心粒轉化為纖毛基體并錨定在細胞膜，隨后組裝纖毛過渡區，軸絲微管延伸并被纖毛膜包裹，最終形成纖毛。軸絲微管組裝所需要的微管蛋白來自于“鞭毛內運輸”介導的運輸和微管蛋白擴散，但是，軸絲微管的組裝是否需要調控以及如何調控仍然是未解之謎。
圖1.纖毛的結構
11月13日，清華大學生命科學學院潘俊敏課題組在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）在線發表題為“衣藻蛋白激酶MAK磷酸化FAP256/CEP104調控軸絲微管的組裝”（Chlamydomonasprotein kinase MAK phosphorylates FAP256/CEP104 and regulates axonemal microtubule assembly）的研究論文，揭示了蛋白激酶MAK磷酸化微管正端示蹤蛋白FAP256/CEP104進而調控軸絲微管的組裝。
MAK屬于RCK蛋白激酶家族，在哺乳動物中存在三個成員: ICK、MAK和MOK；在斑馬魚中僅有一個成員MAK。有趣的是，小鼠中敲除MAK導致視覺纖毛過度延長，而雙敲除MAK和ICK，視覺纖毛無法形成。相比之下，在斑馬魚中敲除MAK則導致視覺纖毛不能組裝。因此，MAK和ICK如何調控纖毛的機制不詳。RCK家族在衣藻中具有MAK和MOK兩個成員。研究團隊發現，敲除MAK，衣藻纖毛無法形成。利用微管穩定的藥物紫杉醇處理mak突變體細胞，纖毛組裝得到部分恢復，說明MAK調控微管的組裝和穩定性。通過鄰位標記，團隊發現FAP256/CEP104是MAK的潛在底物。體內和體外實驗證明MAK直接磷酸化FAP256/CEP104。FAP256/CEP104在纖毛頂端富集，未被磷酸化的FAP256/CEP104不能在纖毛頂端富集，纖毛再生具有缺陷。但是FAP256/CEP104的突變體在穩態時仍然具有正常的纖毛，說明MAK還有其他未知的底物。總之，該研究首次闡明了軸絲微管的組裝調控機制。
圖2.MAK磷酸化FAP256/CEP104調控纖毛的組裝
清華大學生命科學學院2025級博士生張怡為論文第一作者，生命科學學院教授潘俊敏為論文通訊作者，生命科學學院2020級博士生楊新佳為研究作出了重要貢獻。研究得到國家自然科學基金委、清華-北大生命科學聯合中心、疑難重癥及罕見病全國重點實驗室以及青島海洋科技中心海洋生物技術實驗室的資助。
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