PNAS | 四川大学戚世乾/卢克锋/王坤杰等合作揭示原纤毛发生的调控新机制

C9orf72大量GGGGCC ( G4C2 )重复扩增和由此导致的C9orf72功能丧失是约50%遗传性肌萎缩侧索硬化和额颞叶痴呆病例的关键特征。然而，C9orf72的生物学功能尚不清楚。前期研究发现C9orf72可以与SMCR8 ( Smith-Magenis染色体区域8)形成稳定的GTP酶激活蛋白( GAP )复合物。

2023年12月8日，四川大学戚世乾、卢克锋、王坤杰以及新乡医学院孔二艳共同通讯（唐丹、郑开旋、朱江莉、金熙，鲍辉及姜兰为本论文的共同第一作者）在PNAS 上在线发表题为“ALS-linked C9orf72–SMCR8 complex is a negative regulator of primary ciliogenesis”的研究论文，该研究发现C9orf72-SMCR8复合体是原纤毛发生的主要负调控因子，其异常会导致纤毛病变。

在机制上，C9orf72 - SMCR8复合物作为RAB8A GAP抑制原纤毛。此外，通过生化分析发现C9orf72是RAB8A的结合亚基，SMCR8是复合物中的GAP亚基。进一步发现C9orf72 - SMCR8复合物在小鼠的多个组织中抑制原纤毛，包括但不限于大脑、肾脏和脾脏。重要的是，敲除C9orf72或SMCR8的细胞对Hedgehog信号更加敏感。这些结果揭示了C9orf72对原纤毛发生的意想不到的影响，阐明了C9orf72功能缺失导致疾病的发病机制。

C9orf72第1内含子中GGGGCC ( G4C2 )重复序列的大量扩增导致~ 50 %的肌萎缩侧索硬化症( ALS )和额颞叶痴呆( FTD )的遗传性病例。C9orf72-ALS 的病理生理机制主要有两种：毒性增加和功能丧失。毒性的增加归因于大量G4C2重复序列产生的聚二肽和RNA G -四链体的积累。此外，由于C9orf72的转录和表达减少而导致的功能丧失，加剧了由于毒性增加而导致的结果。尽管大量研究表明C9orf72在调节自噬、溶酶体功能、免疫反应等方面发挥重要作用，其具体生理功能尚不清楚。

C9orf72、Smith-Magenis染色体区域8 ( SMCR8 )和WDR41可以形成稳定的功能复合体，调控细胞中的多种生物学过程。C9orf72和SMCR8都是在正常和肿瘤细胞家族中差异表达的成员，其中rabgtp酶的成员被认为是鸟嘌呤核苷酸交换因子( GEFs )。C9orf72对许多RABs，如RAB8A、RAB29和RAB39B，也通过其GEF功能参与调节自噬和膜运输。然而，结构分析显示，C9orf72-SMCR8复合物的整体结构与FLCN - FNIP2复合物相似，其作为RRAGC/D的GTP酶激活蛋白( GAP )调节mTOR1信号。此外，结构和生物信息学分析均表明SMCR8的Arg147对应于FLCN的精氨酸指，表明C9orf72 - SMCR8复合物可能作为GAP在某些信号通路中发挥作用。生物物理和生物化学实验表明，C9orf72-SMCR8复合物是RAB8A、RAB11A和ARF1的GAP，SMCR8的Arg147对其体外GAP活性至关重要。

C9orf72-SMCR8复合体通过RAB8A GAP功能调节原纤毛发生的示意图

RAB8A是RAB家族的成员之一，对囊泡的生物发生、运输、栓系和融合至关重要。具体来说，RAB8A在细胞间通讯、顶端运输、胞吐作用、轴突生长和原纤毛发生中起关键作用。原纤毛( primary cilium )是存在于人类大多数细胞类型表面的单个、非自动的、基于微管的细胞器，是稳态和发育的关键调节因子。一般而言，BBSome是与Bardet - Biedl综合征相关的蛋白复合体，对原纤毛的发生至关重要。BBSome可以通过其C端尾部招募Rabin8到原纤毛上，其中Rabin8作为GEF激活RAB8A。一旦被Rabin8激活，RAB8A通过增强原纤毛发生的囊泡运输，促进纤毛膜的组装和延伸。原纤毛作为感知细胞外环境的变化，包括光、信号分子和机械刺激的变化。

值得注意的是，在脊椎动物中，原纤毛对于Hedgehog ( Hh )信号至关重要，这对于胚胎发育和组织稳态至关重要。原纤毛的功能障碍导致许多严重的疾病，称为纤毛病，在患者中表现为广泛的疾病谱，包括先天性心脏病、囊性肾病和神经退行性疾病。值得注意的是，无论是C9orf72的缺失还是原纤毛的功能障碍都会导致神经退行性疾病和炎症反应的改变。然而，C9orf72与原纤毛的关系从未被研究过。基于此，该研究证明了C9orf72-SMCR8复合物在细胞中作为RAB8A GAP功能来负调控原纤毛的生长，并且发现敲除C9orf72或SMCR8的细胞对Shh刺激更敏感。此外，该研究还发现C9orf72-SMCR8复合物识别RAB8A并刺激鸟苷三磷酸( GTP )水解的结构和生化基础。总之，该结果揭示了C9orf72在调节原纤毛(和Hh信号传导中的作用，这揭示了与C9orf72功能丧失相关的潜在致病机制。

参考信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2220496120

转自：“iNature”微信公众号

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