2月24日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications在線發(fā)表了中國科學(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）朱學(xué)良研究組的最新研究成果“Fibrogranular materials function as organizers to ensure the fidelity of multiciliary assembly”。在該研究工作中，研究人員揭示了多纖毛細(xì)胞特有的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)－纖維狀顆粒物（fibrogranular materials）作為組織者對動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)百根的運動纖毛（motile cilia），在高等動物體內(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可以濕潤、清潔氣管，驅(qū)動腦脊液流動和受精卵運動。運動性多纖毛細(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、精致的運動結(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。運動纖毛含有數(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。它們是靠純粹的自發(fā)組裝還是有特定的方式歸類貯存、按需使用，是一個重要而懸而未決的科學(xué)問題。
纖維狀顆粒物是一種僅出現(xiàn)于高等動物多纖毛細(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)，但除了知道其中含有中心體周圍基質(zhì)蛋白Pcm1外，其組成與功能至今還不清楚。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)良研究組研究人員發(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2微米）、動態(tài)的無膜細(xì)胞器，它們不僅黏附搖籃體，而且在其桑果狀的結(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。有趣的是，盡管這些細(xì)胞最終形成的纖毛數(shù)目與對照細(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)致纖毛擺動方式和能力嚴(yán)重異常。深入的分析發(fā)現(xiàn)在纖維狀顆粒物中富集的組分提前定位到了基體，而且纖毛中央微管基部的結(jié)構(gòu)顯著延長，說明它們組裝的時間順序性被打破，從而影響運動纖毛結(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，保證運動纖毛精細(xì)結(jié)構(gòu)組裝的有序性和正確性。
中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱學(xué)良和鄢秀敏研究員為論文通訊作者，博士后趙惠杰和陳青霞（原為上?？萍即髮W(xué)博士研究生）為共同第一作者，清華大學(xué)梁鑫副教授和山東師范大學(xué)周軍教授為合作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的資助，以及分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞和分子研究平臺和國家蛋白質(zhì)設(shè)施等的技術(shù)支持。
(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。
