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《细胞报告》:南京医科大学刘明兮团队揭示哺乳动物鞭毛轴丝RS1复合体组分和功能

已有 670 次阅读 2022-11-23 10:10 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

2022年11月22日,南京医科大学刘明兮教授团队Cell Reports杂志在线发表题为“Differential requirements of IQUB for the assembly of radial spoke 1 and the motility of mouse cilia and flagella”的研究论文,揭示了哺乳动物鞭毛轴丝RS1复合体的组分和功能。

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真核生物鞭毛或动纤毛是一类进化上保守的细胞器,通常具备协助细胞运动或产生细胞外液体流动的功能,其核心结构是轴丝,其主要由9个外周二联微管(microtubule doublets,MTDs)围绕一个双微管中心对组成(central pair,CP),表现为典型的“9+2”微管排列的结构。其中,“T”形结构的放射辐(radial spokes,RSs)复合体,其根部锚定在外周二联微管的A亚微管上,并向中央微管延伸形成膨大的头部,通常发挥着传导机械或化学信号的功能,对鞭毛或纤毛摆动的频率、弯曲的幅度和波形有非常重要的调节作用。在大多数物种中,放射辐复合体主要包含三种子组分:RS1、RS2和RS3。最近,通过对衣藻放射辐复合体的研究[1],放射辐的组分和结构得到了详细地鉴定。但是,由于较大的物种差异(衣藻放射辐只有RS1和RS2),哺乳动物放射辐的组分仍有待鉴定。

为了回答上述问题,南京医科大学刘明兮教授团队对小鼠精子鞭毛放射辐组分进行了鉴定和分析。基于衣藻放射辐冷冻电镜解析的结果,研究人员发现衣藻中RS1的特有组分FAP253在人和小鼠中存在同源蛋白IQUB,并通过CRISPR/Cas9技术构建Iqub基因敲除鼠。在Iqub敲除小鼠精子鞭毛的电镜分析中,研究人员发现精子鞭毛每96nm轴丝单元缺失了放射辐子组分RS1,证明了在小鼠精子鞭毛中IQUB是RS1的茎部组分。同时,Iqub敲除只会导致精子活力显著降低从而导致雄性不育,但不会损害呼吸道纤毛的形态和功能。

进而基于单一子组分RS1的缺失和免疫沉淀以及定量蛋白质组学数据,研究人员分析出了小鼠精子鞭毛RS1的潜在组分并重构了RS1的三维结构。有趣的是,哺乳动物鞭毛的RS1较衣藻的RS1明显减小,并只包含RSPH1、RSPH6A、RSPH9三个蛋白组分。移除了IQUB保守结构域IQ的小鼠并没有出现RS1结构的异常,也没有出现雄性生殖系统的表型。这些结果拓宽了哺乳动物纤毛/鞭毛结构的基础认知,否定了保守结构域IQ必要性的猜测,同时为解答男性不育的病因问题提供了分子病理基础。

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图文摘要

西湖大学吴建平研究员团队参与了课题合作。研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金资助。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111683





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