生命学院潘俊敏课题组在衣藻中揭示纤毛轴丝微管组装的调控机制
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清华新闻网12月2日电 纤毛是突出于细胞表面的细胞器，主要由纤毛膜及其包裹的9+2或9+0细胞微管所构成。纤毛中的细胞微管又称为轴丝微管（axonemal microtubules），是纤毛的主要结构。在纤毛形成过程中，中心粒转化为纤毛基体并锚定在细胞膜，随后组装纤毛过渡区，轴丝微管延伸并被纤毛膜包裹，最终形成纤毛。轴丝微管组装所需要的微管蛋白来自于“鞭毛内运输”介导的运输和微管蛋白扩散，但是，轴丝微管的组装是否需要调控以及如何调控仍然是未解之谜。
图1.纤毛的结构
11月13日，清华大学生命科学学院潘俊敏课题组在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）在线发表题为“衣藻蛋白激酶MAK磷酸化FAP256/CEP104调控轴丝微管的组装”（Chlamydomonasprotein kinase MAK phosphorylates FAP256/CEP104 and regulates axonemal microtubule assembly）的研究论文，揭示了蛋白激酶MAK磷酸化微管正端示踪蛋白FAP256/CEP104进而调控轴丝微管的组装。
MAK属于RCK蛋白激酶家族，在哺乳动物中存在三个成员: ICK、MAK和MOK；在斑马鱼中仅有一个成员MAK。有趣的是，小鼠中敲除MAK导致视觉纤毛过度延长，而双敲除MAK和ICK，视觉纤毛无法形成。相比之下，在斑马鱼中敲除MAK则导致视觉纤毛不能组装。因此，MAK和ICK如何调控纤毛的机制不详。RCK家族在衣藻中具有MAK和MOK两个成员。研究团队发现，敲除MAK，衣藻纤毛无法形成。利用微管稳定的药物紫杉醇处理mak突变体细胞，纤毛组装得到部分恢复，说明MAK调控微管的组装和稳定性。通过邻位标记，团队发现FAP256/CEP104是MAK的潜在底物。体内和体外实验证明MAK直接磷酸化FAP256/CEP104。FAP256/CEP104在纤毛顶端富集，未被磷酸化的FAP256/CEP104不能在纤毛顶端富集，纤毛再生具有缺陷。但是FAP256/CEP104的突变体在稳态时仍然具有正常的纤毛，说明MAK还有其他未知的底物。总之，该研究首次阐明了轴丝微管的组装调控机制。
图2.MAK磷酸化FAP256/CEP104调控纤毛的组装
清华大学生命科学学院2025级博士生张怡为论文第一作者，生命科学学院教授潘俊敏为论文通讯作者，生命科学学院2020级博士生杨新佳为研究作出了重要贡献。研究得到国家自然科学基金委、清华-北大生命科学联合中心、疑难重症及罕见病全国重点实验室以及青岛海洋科技中心海洋生物技术实验室的资助。
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