1月8日，國際學(xué)術(shù)期刊Molecular Cell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）叢堯研究組聯(lián)合廣州醫(yī)科大學(xué)附屬婦女兒童醫(yī)療中心李衛(wèi)/劉超團(tuán)隊、南京醫(yī)科大學(xué)郭雪江團(tuán)隊、中國科學(xué)院大學(xué)袁莉團(tuán)隊和廣州醫(yī)科大學(xué)焦仁杰團(tuán)隊的合作研究成果“PDCD5 promotes substrate release from the TRiC complex in cilia and flagella”。該研究揭示了PDCD5在精子鞭毛與纖毛生物發(fā)生過程中的重要功能，闡明了PDCD5為TRiC功能循環(huán)中的調(diào)控因子，還在分子層面闡明了PDCD5調(diào)控TRiC底物釋放的分子機(jī)制，為理解蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)調(diào)控及相關(guān)男性不育癥的精準(zhǔn)診療提供了新的理論依據(jù)和研究視角。
蛋白質(zhì)需要正確折疊以發(fā)揮其生物學(xué)功能。TRiC（又稱CCT）是真核生物中特有的II型分子伴侶素，負(fù)責(zé)協(xié)助折疊約10%的胞質(zhì)蛋白（如微管蛋白tubulin、肌動蛋白actin、細(xì)胞周期調(diào)控因子CDC20等），對維持細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。TRiC由兩個相同的異源八聚體環(huán)背對背堆疊而成，在ATP的驅(qū)動下通過“開放–閉合”的構(gòu)象循環(huán)，有序完成底物蛋白的招募、折疊與釋放。此外，多種輔助伴侶蛋白或輔因子可協(xié)助向TRiC遞送未折疊底物或介導(dǎo)其折疊過程。然而，TRiC在完成底物折疊后如何釋放底物，一直是該領(lǐng)域內(nèi)懸而未決的關(guān)鍵科學(xué)問題。此前研究發(fā)現(xiàn)，程序性細(xì)胞死亡蛋白 5（PDCD5）可與開環(huán)構(gòu)象的TRiC結(jié)合，但二者結(jié)合的精確分子機(jī)制及生理意義仍不清楚。
該研究首先發(fā)現(xiàn)，在小鼠生殖細(xì)胞或體細(xì)胞中特異性敲除Pdcd5基因，會導(dǎo)致精子鞭毛和體細(xì)胞纖毛結(jié)構(gòu)嚴(yán)重畸形，進(jìn)而引發(fā)雄性不育和纖毛發(fā)生缺陷。研究團(tuán)隊進(jìn)一步驗證了PDCD5與TRiC在小鼠睪丸中的相互作用，并首次解析了小鼠睪丸來源的TRiC結(jié)合PDCD5的高分辨冷凍電鏡（cryo-EM）結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析顯示，PDCD5如同一把 “鑰匙”，結(jié)合于開環(huán)狀態(tài)TRiC的腔內(nèi)（包括ATP結(jié)合態(tài)和ADP結(jié)合態(tài))，主要與CCT1、CCT3和CCT4亞基的赤道結(jié)構(gòu)域相互作用。Cryo-EM分析進(jìn)一步表明，PDCD5以劑量依賴的方式顯著提升TRiC處于開環(huán)構(gòu)象的比例，并指出PDCD5通過與TRiC的關(guān)鍵變構(gòu)網(wǎng)絡(luò)元件互作，協(xié)同穩(wěn)定 TRiC 的開放構(gòu)象。
團(tuán)隊此前的研究表明，輔助因子PhLP2A可協(xié)助TRiC折疊關(guān)鍵細(xì)胞骨架蛋白tubulin和actin（Sci Adv, 2023）。有趣的是，本研究發(fā)現(xiàn)PDCD5與PhLP2A在TRiC開環(huán)腔內(nèi)的結(jié)合位點(diǎn)存在明顯的空間重疊。進(jìn)一步機(jī)制研究表明，PDCD5 與 PhLP2A 競爭性結(jié)合?TRiC , 且Pdcd5 敲除的延長型精子細(xì)胞中，底物從 TRiC 中的釋放顯著延遲，提示PDCD5 對 TRiC 高效釋放底物具有關(guān)鍵作用。PDCD5 的缺失會導(dǎo)致鞭毛和纖毛相關(guān)蛋白滯留在 TRiC 內(nèi)部，最終誘發(fā)精子鞭毛畸形和體細(xì)胞纖毛發(fā)育缺陷。上述結(jié)果提示，PDCD5 通過與 PhLP2A 競爭性結(jié)合?TRiC，促進(jìn)底物的釋放。進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)與功能分析顯示，PDCD5羧基末端（C 端）的6個氨基酸是其與 TRiC 相互作用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，這些氨基酸的突變會徹底破壞兩者的相互作用，并導(dǎo)致底物滯留。因此，PDCD5–TRiC相互作用介導(dǎo)鞭毛和纖毛相關(guān)底物的釋放，進(jìn)而促進(jìn)鞭毛生物發(fā)生和纖毛生成。
為進(jìn)一步探索其潛在的診療價值，研究團(tuán)隊開發(fā)了睪丸靶向脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送策略，將編碼野生型PDCD5的mRNA直接注射至Pdcd5敲除小鼠的睪丸中。結(jié)果顯示，注射野生型PDCD5 mRNA的小鼠，其睪丸大小、精子數(shù)量以及鞭毛畸形比例均得到顯著改善，初步驗證了該遞送策略在男性不育治療中的應(yīng)用潛力。
綜上所述，該研究揭示了PDCD5在鞭毛與纖毛發(fā)生過程中的關(guān)鍵生物學(xué)功能，闡明了PDCD5 為 TRiC 功能循環(huán)的調(diào)控因子，系統(tǒng)闡明了其調(diào)控TRiC介導(dǎo)特定底物釋放的分子機(jī)制。該成果為深入理解蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡相關(guān)疾病（如男性不育、纖毛病等）的發(fā)病機(jī)理提供了理論依據(jù)，并為此類疾病的干預(yù)治療提供了極具潛力的新靶點(diǎn)和技術(shù)儲備。
廣州醫(yī)科大學(xué)附屬婦女兒童醫(yī)療中心李衛(wèi)研究員、分子細(xì)胞卓越中心叢堯研究員、南京醫(yī)科大學(xué)郭雪江教授、廣州醫(yī)科大學(xué)附屬婦女兒童醫(yī)療中心劉超研究員、中國科學(xué)院大學(xué)袁莉研究員、廣州醫(yī)科大學(xué)焦仁杰教授為論文的共同通訊作者。廣州醫(yī)科大學(xué)博士后韋華芳、分子細(xì)胞卓越中心博士生宋千千、廣州醫(yī)科大學(xué)博士后王麗穎、深圳市龍華區(qū)人民醫(yī)院鄧瓊副研究員、廣州醫(yī)科大學(xué)附屬婦女兒童醫(yī)療中心博士后吳冰冰為共同第一作者。本研究得到了國家科技部、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院等的經(jīng)費(fèi)支持，并得到國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施的冷凍電鏡系統(tǒng)、質(zhì)譜系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與計算分析系統(tǒng)和蛋白質(zhì)表達(dá)純化系統(tǒng)及賽默飛上海納米港的大力支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.12.012
PDCD5 在鞭毛和纖毛中促進(jìn) TRiC 復(fù)合體底物釋放作用的工作模型
