孙吉等团队合作揭示人类鞭毛内运输复合物结构，为纤毛运输提供了分子见解

鞭毛内运输(IFT)复合物，IFT-A和IFT-B，形成沿轴突微管移动的双向“列车”，对组装和维持纤毛至关重要。IFT亚基的突变导致涉及多个组织的众多纤毛病。然而，由于缺乏完整复合物的高分辨率结构信息，IFT复合物的组装和调节负载物运输的机制缺乏了解。

2023年2月13日，圣裘德儿童研究医院孙吉与德克萨斯大学Saikat Mukhopadhyay共同通讯在Cell Research （IF=46）在线发表题为“Human IFT-A complex structures provide molecular insights into ciliary transport”的研究论文，该研究揭示的人类IFT-A复合物结构为纤毛运输提供了分子见解。

该研究报告了存在和不存在TULP3的人类IFT-A复合物的冷冻电镜结构，总体分辨率为3.0-3.9 Å。IFT-A采用“套索”形状，相互连接的核心和外围亚基由结构上至关重要的锌结合域连接。TULP3通过其N端区域与IFT-A相互作用，接口突变破坏运输。作者还确定了疾病突变对复合物形成和纤毛运输的分子影响。总之，该研究揭示了IFT-a结构，阐明了纤毛运输和IFT序列的形成，并使纤毛病的疾病突变合理化。

另外，2021年6月8日，圣裘德儿童研究医院孙吉在Cell 在线发表题为“Structural analysis of the full-length human LRRK2”的研究论文，该研究确定了全长人类LRRK2的高分辨率结构，揭示了其结构和用于合理化致病突变的关键域间元素。LRRK2的激酶结构域在非活性状态下被捕获，最常见的PD相关突变LRRK2G2019S也采用了这种构象。这种构象为构象特异性抑制剂的结构指导设计提供了框架。该研究进一步确定了COR介导的LRRK2二聚体的结构，发现二聚体界面上的单点突变消除了细胞中的致病性丝状结构。

纤毛是真核细胞中的毛状细胞器，在运动和刺激感知中起着重要作用。Cilium的组装和维护需要多亚基鞭毛内转运(IFT)蛋白复合物：IFT-A和IFT-B，它们形成重复的结构，称为IFT序列。在驱动素和动力蛋白2的驱动下，IFT列车沿着轴突微管穿梭，以维持稳定状态的纤毛长度。IFT-A调节纤毛的逆行运输，因为IFT- a亚基的缺乏导致纤毛缩短，微管蛋白、IFT- b和运动蛋白II在顶端聚集，类似于逆行IFT运动动力蛋白2的中断。

IFT-A对于将关键的膜或膜相关蛋白，如GPCRs、离子通道和脂化蛋白，运输到纤毛中也是必不可少的。IFT-A亚基的突变影响衣藻中多种脂化蛋白的转运，并导致一种推测的鸟苷酰环化酶在秀丽隐杆线虫化学感觉纤毛中的错误定位。tubby家族蛋白TULP3在哺乳动物细胞中起着连接IFT-A和负载物适配器的作用。IFT-A和TULP3介导孤儿GPCR GPR161的睫状体运输，这与脊椎动物hedgehog信号的负调控有关。

IFT-A-TULP3复合物的结构（图源自Cell Research ）

IFT复合物的突变导致涉及大脑、肾脏、骨骼和眼睛的许多纤毛病。由于其在人体生理学和纤毛病的重要性，表征IFT系统的结构。然而，这些模型似乎并没有达成共识，这可能是由于IFT-A整体复合体缺乏高分辨率的结构，阻碍了对IFT-A在纤毛组装、维持和转运中多样而保守的作用的机制解剖，以及对疾病突变的合理解释。

该研究揭示了IFT-A结构、组装和稳定性的分子基础，并弥合了复杂保守功能的跨物种数据与最近的原位冷冻ET工作之间的差距。出乎意料的是，该研究发现了多个结构上至关重要的ZBDs在维持IFT-A复合物稳定性方面的作用。总的来说，该研究为LRRK2的生理和病理作用提供了机制见解，并为未来PD的治疗干预建立了结构模板。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00778-3

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00601-2

转自：“iNature”微信公众号

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