近日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）研究員朱學良研究組最新研究成果以Fibrogranular materials function as organizers to ensure the fidelity of multiciliary assembly為題，在線發表在Nature Communications上。該研究揭示出多纖毛細胞特有的亞細胞結構-纖維狀顆粒物（fibrogranular materials）作為組織者對動纖毛的精確組裝起重要調控作用。
多纖毛細胞是一類終末分化的上皮細胞，表面長有多至數百根的運動纖毛（motile cilia），在高等動物體內主要分布于氣管、腦室管膜及輸卵管等上皮組織，其纖毛的周期性擺動可以濕潤、清潔氣管，驅動腦脊液流動和受精卵運動。運動性多纖毛細胞不僅需要通過搖籃體（deuterosome）介導形成大量特化的中心粒作為纖毛的基體，還需要形成復雜、精致的運動結構。多纖毛發生和功能的異常可導致氣管炎、腦積水等多種遺傳疾病。運動纖毛含有數百種蛋白質組分，在多纖毛細胞分化過程中被大量合成。它們依靠純粹地自發組裝還是有特定的方式歸類貯存、按需使用，仍不清楚。
纖維狀顆粒物是一種僅出現于高等動物多纖毛細胞的亞細胞結構，盡管在上世紀60年代的電鏡研究中已被發現，但其組成與功能仍有待探索。結合蛋白組學、超高分辨率顯微成像、活細胞高速顯微成像和多種電鏡技術，朱學良研究組科研人員發現，纖維狀顆粒物是由Pcm1相分離形成的具有液體特征的大型（直徑可達2微米）、動態的無膜細胞器，黏附搖籃體，且在其桑果狀結構中大量富集了特定的基體和纖毛的結構蛋白質，這些組分在纖毛發生的不同階段定位到基體和纖毛中。人為敲低Pcm1的蛋白水平，不僅使多纖毛細胞無法形成纖維狀顆粒物，而且導致搖籃體數目、大小和分布異常。盡管這些細胞最終形成的纖毛數目與對照細胞無異，其纖毛和基體的超微結構卻出現明顯缺陷，導致纖毛擺動方式和能力嚴重異常。進一步分析發現，在纖維狀顆粒物中富集的組分提前定位到了基體，并且纖毛中央微管基部的結構顯著延長，說明它們組裝的時間順序性被打破，從而影響運動纖毛結構的精確性和功能。因此，纖維狀顆粒物在多纖毛細胞分化過程中行使組織者的功能，既作為纖毛相關組分的貯藏室，又黏附搖籃體、富集于新生纖毛基部附近，保證運動纖毛精細結構組裝的有序性和正確性。
分子細胞卓越中心研究員朱學良和鄢秀敏為論文通訊作者，博士后趙惠杰和陳青霞（原為上海科技大學博士研究生）為論文共同第一作者，清華大學副教授梁鑫和山東師范大學教授周軍為合作者。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和中科院的資助，并獲得分子細胞卓越中心細胞和分子研究平臺和國家蛋白質設施等的技術支持。
圖.（A）聚焦離子束掃描電鏡(FIB-SEM)展示多纖毛細胞中纖維狀顆粒物與搖籃體的空間分布；（B）纖維狀顆粒物結構可以富集基體的結構蛋白質Cep120；（C）敲低Pcm1的蛋白水平導致動纖毛超微結構出現明顯缺陷；（D）Pcm1片段具有相分離的特性。
來源：中國科學院分子細胞科學卓越創新中心
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