近日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）研究員朱學(xué)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(fā)表在Nature Communications上。該研究揭示出多纖毛細(xì)胞特有的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)-纖維狀顆粒物（fibrogranular materials）作為組織者對(duì)動(dòng)纖毛的精確組裝起重要調(diào)控作用。
多纖毛細(xì)胞是一類終末分化的上皮細(xì)胞，表面長有多至數(shù)百根的運(yùn)動(dòng)纖毛（motile cilia），在高等動(dòng)物體內(nèi)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(dòng)可以濕潤、清潔氣管，驅(qū)動(dòng)腦脊液流動(dòng)和受精卵運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)性多纖毛細(xì)胞不僅需要通過搖籃體（deuterosome）介導(dǎo)形成大量特化的中心粒作為纖毛的基體，還需要形成復(fù)雜、精致的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。多纖毛發(fā)生和功能的異常可導(dǎo)致氣管炎、腦積水等多種遺傳疾病。運(yùn)動(dòng)纖毛含有數(shù)百種蛋白質(zhì)組分，在多纖毛細(xì)胞分化過程中被大量合成。它們依靠純粹地自發(fā)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(xiàn)于高等動(dòng)物多纖毛細(xì)胞的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，盡管在上世紀(jì)60年代的電鏡研究中已被發(fā)現(xiàn)，但其組成與功能仍有待探索。結(jié)合蛋白組學(xué)、超高分辨率顯微成像、活細(xì)胞高速顯微成像和多種電鏡技術(shù)，朱學(xué)良研究組科研人員發(fā)現(xiàn)，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(dá)2微米）、動(dòng)態(tài)的無膜細(xì)胞器，黏附搖籃體，且在其桑果狀結(jié)構(gòu)中大量富集了特定的基體和纖毛的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，這些組分在纖毛發(fā)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(xì)胞無法形成纖維狀顆粒物，而且導(dǎo)致?lián)u籃體數(shù)目、大小和分布異常。盡管這些細(xì)胞最終形成的纖毛數(shù)目與對(duì)照細(xì)胞無異，其纖毛和基體的超微結(jié)構(gòu)卻出現(xiàn)明顯缺陷，導(dǎo)致纖毛擺動(dòng)方式和能力嚴(yán)重異常。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)顯著延長，說明它們組裝的時(shí)間順序性被打破，從而影響運(yùn)動(dòng)纖毛結(jié)構(gòu)的精確性和功能。因此，纖維狀顆粒物在多纖毛細(xì)胞分化過程中行使組織者的功能，既作為纖毛相關(guān)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(yùn)動(dòng)纖毛精細(xì)結(jié)構(gòu)組裝的有序性和正確性。
分子細(xì)胞卓越中心研究員朱學(xué)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(xué)博士研究生）為論文共同第一作者，清華大學(xué)副教授梁鑫和山東師范大學(xué)教授周軍為合作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部和中科院的資助，并獲得分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞和分子研究平臺(tái)和國家蛋白質(zhì)設(shè)施等的技術(shù)支持。
圖.（A）聚焦離子束掃描電鏡(FIB-SEM)展示多纖毛細(xì)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(jié)構(gòu)可以富集基體的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)Cep120；（C）敲低Pcm1的蛋白水平導(dǎo)致動(dòng)纖毛超微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯缺陷；（D）Pcm1片段具有相分離的特性。
來源：中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心
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