Nature子刊：FAP106是在纤毛内连接处组装微管内部蛋白的相互作用中心

导读

致病原虫的运动依赖于鞭毛(纤毛的同义词)，其轴丝含有9个双线微管(DMT)和2个单线微管。DMT中的微管内部蛋白(MIP)影响轴丝的稳定性和运动性，并提供谱系特异性的适应，但单个MIP的功能和组装机制大多尚不清楚。在这里，我们发现在昏睡病寄生虫布氏锥虫中，DMT内侧连接处保守的MIP FAP106是锥虫运动所必需的，并作为关键的相互作用中心，指导几个保守的和谱系特异的MIP的组装。我们使用比较低温电子断层扫描(CryoET)和定量蛋白质组学来鉴定MIP候选。使用RNAi敲除和将AlphaFold模型拟合到低温图谱中，我们证明了其中一个候选基因MC8是寄生虫运动所需的锥虫特异性MIP。我们的工作促进了对MIP组装机制的理解，并确定了具有吸引力的治疗干预靶点的谱系特异性运动性蛋白。

论文ID

题目：FAP106 is an interaction hub for assembling microtubule inner proteins at the cilium inner junction

译名：FAP106是在纤毛内连接处组装微管内部蛋白的相互作用中心

期刊：Nature Communications                                    

IF：16.6

发表时间：2023.8.26

通讯作者单位:加州大学洛杉矶分校

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40230-z

主要内容

纤毛(真核鞭毛的同义词)是一种保守的微管结构，在真核细胞表面提供运动和信号功能。纤毛运动是人类正常生殖、发育、生理和抵抗感染所必需的。游动的纤毛也驱动真核病原体的细胞推进，这些病原体在世界范围内造成了巨大的人类痛苦。鉴于这种广泛的分布和对真核细胞生物学和人类健康的核心重要性，了解纤毛组装和运动的结构基础具有广泛的兴趣。

功能分析滞后于MIP蛋白的鉴定和结构归属。在这里，我们结合功能、结构和蛋白质组分析来证明保守的MIP FAP106是运动所必需的，并且是IJ细丝和B-微管MIP结构的关键相互作用中心。我们的发现强调了FAP106作为关键相互作用中心的作用，虽然FAP106是组装FAP45和谱系特异性MIP蛋白MC3、5、8和15所必需的，但这些单独的蛋白的丢失不会影响其他MIP蛋白或结构。因此，我们的结果不是相互依赖，而是建议了一种B-微管MIP组装的分层机制。FAP45和FAP210结构同源的依赖性表明，FAP45和FAP210与微管蛋白晶格的广泛相互作用相对较弱，而与FAP10613的相互作用对于稳定结合和建立其在48nm重复范围内的周期性至关重要。这支持了MIP的重要作用是使蛋白质能够沿着其他均匀的原丝聚合物进行复杂组装的观点，并表明RIB72突变体50中FAP45和FAP210的丢失可能反映了对FAP106的依赖，而不是对RIB72的直接要求。我们的研究也为锥虫中的FAP106突变体和Enkur突变体的小鼠精子中的运动缺陷提供了结构上的解释。

FAP106是组装保守的和谱系特异的MIP结构所必需的

越来越多的证据表明，在所有的活动纤毛中都发现了IJ亚基(PACRG和FAP20)和一组保守的MIP，而其他MIP在不同的有机体中是不同的。FAP45、FAP52和FAP106代表核心B-小管MIP，而FAP126、FAP276和FAP210仅在一些生物中发现。在衣单胞菌或哺乳动物中不存在MIP A12的密度，而在布氏体中比在四膜虫中位于相似位置的MIP5a和MIP5b更为突出，但构成这些密度的蛋白质尚不清楚。我们证明了MC8是与MIPB8结构相对应的真正的谱系特异性MIP。在一些四膜虫的研究中描述了一种与MIP B8相似的密度和位置和周期性，但我们无法在动质体外发现任何与MIP B8蛋白MC8序列或结构相似的蛋白质。FAP106 kD中MC8的丢失可能是由于FAP45的丢失，FAP45沿着原丝B7-B8运行并直接与FAP106接触。MC8缺失不影响其他MIP的运动能力，表明谱系特异性MIP直接影响锥虫的运动能力。在本研究中，通过突变分析、结构、功能和邻近蛋白质组学方法的组合，验证了MC8作为真正的布氏毛滴虫MIP的有效性，证明了这种组合方法在MIP鉴定和分析方面的能力。我们的研究还强烈地表明，MC3、5和15同样对应于谱系特异性的布氏毛滴虫MIP。锥虫的运动对于哺乳动物宿主的毒力和通过采采蝇载体传播是必要的。因此，锥虫特异性MIP的鉴定为治疗由这些病原体引起的破坏性疾病提供了有吸引力的靶点。

Mc8是一种谱系特异性的布鲁氏锥虫MIP，它包含MIPB8密度

我们的工作为阐明MIP组装的顺序提供了重要的进展，并支持以下IJ组装模型。FAP20每8 nm与至少一个PACRG子集结合形成IJ丝，这独立于FAP52和FAP106的组装(本工作)。FAP52每16 nm结合一次，独立于IJ细丝和FAP106(本工作)，并可能通过FAP276或其他类似结构将IJ细丝连接到B管。FAP106还独立于FAP52，每16 nm结合一次，直接连接A-和B-小管，并作为组装额外MIP的关键路标，如FAP45和FAP210(本工作)。尽管FAP52和FAP106在每个48 nm的重复序列中有规律地结合，但它们与其他MIP的连接每16 nm就不同。尽管FAP52与其他IJ MIP之间有明显的接触，但IJ MIP在衣藻中的组装基本上不受FAP52丢失的影响。因此，虽然FAP52和FAP106彼此形成接触和其他IJ MIP，但它们彼此独立地组装，并且FAP106似乎对额外的B管MIP的组装更关键。

总结

展望未来，随着更多的MIP被发现，特别是那些具有谱系特异性的MIP，应用蛋白质组学、低温电子显微镜和突变分析的组合，如这里所做的，将有必要完全确定MIP组装机制，并充分了解它们对鞭毛功能的贡献。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40230-z

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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