2020-12-03 分子細胞科學卓越創新中心
語音播報
11月26日，EMBO Journal在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）朱學良研究組的最新研究成果Rabl2 GTP hydrolysis licenses BBSome-mediated export to fine-tune ciliary signaling。該研究揭示了一個纖毛特異性的小GTP酶Rabl2對膜蛋白運出纖毛的重要調控作用。
纖毛（cilium）是一種在人體內廣泛分布、突出於細胞表面的富含微管的毛髮狀細胞器，能通過擺動產生力，並能作為細胞的「天線」感知胞外的生物信號（如Hedgehog信號分子）、化學信號（如氣味分子）和物理信號（如光和機械力）。G蛋白偶聯受體等信號分子在纖毛中的定位和向外運輸與其信號通路的激活程度密切相關，而這些過程的異常會導致發育缺陷和多囊腎、多指/趾、智力低下、肥胖、心血管病和骨骼發育異常等遺傳疾病，統稱纖毛病。BBSome是由8個在-巴德-畢氏症候群（Bardet-Biedl syndrome, BBS）中突變的蛋白質組成的複合物。它通過結合鞭毛內運輸（intraflagellar transport，IFT）複合物和纖毛內的膜蛋白，介導膜信號分子的負向運輸並使其能隨分子馬達Dynein驅動的IFT列車（IFT train）穿越纖毛的屏障——轉接區（transition zone）。
儘管纖毛介導的信號通路具有重要的生物學功能，但其精細調控機制尚不清楚。研究發現，與之前報導的人類Rabl2不同，小鼠的Rabl2並不影響纖毛髮生。而且，發現GTP結合形式的Rabl2與IFT複合物一起進入纖毛，並在IFT列車穿出轉接區的過程中造成BBSome及其膜蛋白「貨物」的脫落，導致它們在纖毛內積累。只有當Rabl2將其GTP水解成GDP並因此從IFT複合物上解離後，BBSome及其貨物才能高效地穿出轉接區。缺乏Rabl2或表達不能水解GTP的突變體Rabl2Q80L均導致Hedgehog信號的異常，前者使小鼠表現出雄性不育、肥胖、多趾和視網膜退行性病變等表型，而後者導致新生鼠死亡和腎臟發育異常等表型。因此，Rabl2的這一開關功能精細地調控了纖毛介導的信號傳遞，保障了個體發育和自穩態維持的正常。
分子細胞卓越中心博士段世超、博士研究生李昊、博士張毅榮為論文的共同第一作者，研究員鄢秀敏、朱學良為論文的共同通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項的資助。該研究受到分子細胞卓越中心研究員李勁松和博士研究生楊蘇明的協助，並得到分子細胞卓越中心動物實驗技術平臺、細胞分析技術平臺、分子生物學技術平臺的支持。
Rabl2調控膜蛋白轉運出纖毛的模式圖
11月26日，EMBO Journal在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）朱學良研究組的最新研究成果Rabl2 GTP hydrolysis licenses BBSome-mediated export to fine-tune ciliary signaling。該研究揭示了一個纖毛特異性的小GTP酶Rabl2對膜蛋白運出纖毛的重要調控作用。
纖毛（cilium）是一種在人體內廣泛分布、突出於細胞表面的富含微管的毛髮狀細胞器，能通過擺動產生力，並能作為細胞的「天線」感知胞外的生物信號（如Hedgehog信號分子）、化學信號（如氣味分子）和物理信號（如光和機械力）。G蛋白偶聯受體等信號分子在纖毛中的定位和向外運輸與其信號通路的激活程度密切相關，而這些過程的異常會導致發育缺陷和多囊腎、多指/趾、智力低下、肥胖、心血管病和骨骼發育異常等遺傳疾病，統稱纖毛病。BBSome是由8個在-巴德-畢氏症候群（Bardet-Biedl syndrome, BBS）中突變的蛋白質組成的複合物。它通過結合鞭毛內運輸（intraflagellar transport，IFT）複合物和纖毛內的膜蛋白，介導膜信號分子的負向運輸並使其能隨分子馬達Dynein驅動的IFT列車（IFT train）穿越纖毛的屏障——轉接區（transition zone）。
儘管纖毛介導的信號通路具有重要的生物學功能，但其精細調控機制尚不清楚。研究發現，與之前報導的人類Rabl2不同，小鼠的Rabl2並不影響纖毛髮生。而且，發現GTP結合形式的Rabl2與IFT複合物一起進入纖毛，並在IFT列車穿出轉接區的過程中造成BBSome及其膜蛋白「貨物」的脫落，導致它們在纖毛內積累。只有當Rabl2將其GTP水解成GDP並因此從IFT複合物上解離後，BBSome及其貨物才能高效地穿出轉接區。缺乏Rabl2或表達不能水解GTP的突變體Rabl2Q80L均導致Hedgehog信號的異常，前者使小鼠表現出雄性不育、肥胖、多趾和視網膜退行性病變等表型，而後者導致新生鼠死亡和腎臟發育異常等表型。因此，Rabl2的這一開關功能精細地調控了纖毛介導的信號傳遞，保障了個體發育和自穩態維持的正常。
分子細胞卓越中心博士段世超、博士研究生李昊、博士張毅榮為論文的共同第一作者，研究員鄢秀敏、朱學良為論文的共同通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項的資助。該研究受到分子細胞卓越中心研究員李勁松和博士研究生楊蘇明的協助，並得到分子細胞卓越中心動物實驗技術平臺、細胞分析技術平臺、分子生物學技術平臺的支持。
Rabl2調控膜蛋白轉運出纖毛的模式圖