Nature子刊│上海交通大学陆青/山东大学徐志刚合作发现液-液相分离介导踝连接桥复合物的形成

静纤毛是内耳毛细胞的肌动蛋白细胞突起，是机械转导不可或缺的。踝连接桥（Ankle links）连接着发育静纤毛的踝区，在静纤毛发育中起着至关重要的作用。WHRN，PDZD7，ADGRV1和USH2A已被确定形成所谓的踝连接桥复合体（ALC）；然而，踝连接桥暂时性出现和退化的详细机制仍然难以捉摸。

2023年3月24日，上海交通大学陆青及山东大学徐志刚共同通讯在Nature Communications 发表题为“Temporal and spatial assembly of inner ear hair cell ankle link condensate through phase separation”的研究论文，该研究展示了WHRN和PDZD7协调ADGRV1和USH2A通过液-液相分离（LLPS）组装ALC。

LLPS的ALC多价性中断在很大程度上消除了WHRN在静纤毛踝区域的分布。有趣的是，高浓度的ADGRV1抑制LLPS，为ALC解聚提供了潜在的机制。此外，ALC基因的某些突变削弱了ALC的多价相互作用并损害了LLPS。总之，研究表明LLPS介导ALC的形成，为理解耳聋的发病机制提供了重要线索。

在内耳中，作为机械敏感细胞器的毛束位于毛细胞的顶部。由基于肌动蛋白的静纤毛组成的毛束通过机械转导将声波的机械信号转换为电信号。成熟的静纤毛被组织成一排渐变的高度，相邻的静纤毛通过细胞外链接相互连接。这种典型的静纤毛阶梯状模式对听力转导至关重要。踝连接桥是连接基底静纤毛的细纤维网，对于协调静纤毛发育是必不可少的，因此对听力至关重要。

Usher综合征（USH）是遗传性视力和听力缺陷的主要原因，临床上分为三种亚型。USH2 是最普遍的亚型，占所有 USH 病例的 60%，其特征是中度至重度先天性听力损失、一些平衡问题和青少年时期视网膜色素变性。WHRN、USH2A 和 ADGRV1 是 USH2 致病基因，而PDZD7是USH2修饰基因。所有四种USH2相关蛋白都位于毛细胞静纤毛的基底区域，形成踝连接桥复合物（也称为USH2蛋白复合物）。除WHRN外，这四个USH2基因中的任何一个的基因敲除或异常表达都会导致来自静纤毛踝连接桥区域的其他三个USH2蛋白的错误定位。

四元USH2复合物的组装需要二聚化的USH2-CT（图源自Nature Communications ）

USH2蛋白复合物在静纤毛中组装的详细机制对于理解听力系统的发展和耳聋的发病机制至关重要。WHRN和PDZD7包含三个PDZ结构域，可识别用于组织蛋白质网络的特定PDZ结合基序（PBM）。同时，USH1A和ADGRV2都是形成细胞外连接的跨膜粘附蛋白。在其细胞质区域的极端C末端，存在I型PBM，具有共识氨基酸序列DTHL。因此，PDZ/PBM介导的多价相互作用可能在USH2蛋白复合物组装中发挥重要作用。

尽管踝连接桥在协调静纤毛发育方面起着至关重要的作用，但有几个关键问题仍有待回答。首先，踝连接桥的组装和拆卸背后的分子机制是什么？其次，踝连接桥连接蛋白如何有助于电子致密组装的形成？最后，踝连接桥凝结液形成与USH2发病机制的关系是什么？在这项研究中，报道了USH2蛋白经历液-液相分离（LLPS）以形成踝连接桥冷凝物。该研究发现WHRN / USH2A-CT中的多价相互作用通过LLPS驱动蛋白质缩合物的组装，从而进一步募集PDZD7和ADGRV1-CT。

有趣的是，在高浓度下的ADGRV1在体外抑制LLPS，为踝连接桥复合物的临时解聚提供了潜在的机制。更重要的是，利用体内小鼠模型，研究者表明LLPS的USH2多价的破坏消除了长WHRN在静纤毛基底区域的天然分布。此外，在听力损失患者中发现的USH2基因点突变削弱了USH2蛋白复合物中的多价相互作用并破坏了其相分离，这可能导致听力损失。

WHRN与ADGRV1和USH2A结合选的研究（图源自Nature Communications ）

总之，生物分子相分离在生理过程中的作用越来越受到重视，并为解释疾病突变提供了另一种方法。该研究发现，WHRN上的A64D和R223H虽然不影响与USH2A或ADGRV1的结合，但通过干扰WHRN二聚化和干扰USH2凝集物的相分离而引起耳聋。相分离是解释听力相关疾病突变的重要机制。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37267-5

转自：“iNature”微信公众号

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