成功地在體外重建出負(fù)責(zé)纖毛內(nèi)運(yùn)輸?shù)牡鞍讖?fù)合物

每個(gè)活的有機(jī)體都產(chǎn)生細(xì)小的被稱作纖毛的細(xì)胞突起。鞭毛蟲需要它們移動(dòng)，蛔蟲需要它們尋找食物，精子需要它們移向卵子。纖毛在肺部中形成保護(hù)性的細(xì)絨毛，并在胚胎內(nèi)的器官分化中起著至關(guān)重要的作用。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自德國(guó)慕尼黑技術(shù)大學(xué)（TUM）的研究人員重建出負(fù)責(zé)纖毛內(nèi)運(yùn)輸?shù)牡鞍讖?fù)合物---鞭毛內(nèi)運(yùn)輸復(fù)合物（intraflagellar-transport complex, IFT復(fù)合物），其中這種蛋白復(fù)合物在纖毛的功能中起著決定性作用。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Reconstitution reveals motor activation for intraflagellar transport”。

真核細(xì)胞的這些多余物（即纖毛）甚至確保人類心臟最終長(zhǎng)在正確的位置上---纖毛控制著發(fā)育中的胎兒體內(nèi)的這個(gè)器官發(fā)育。慕尼黑工業(yè)大學(xué)物理系生物物理學(xué)家Zeynep ?kten博士說(shuō)，“這種多功能性絕對(duì)是吸引人的。”

僅在最近幾年人們才發(fā)現(xiàn)纖毛在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要性。?kten說(shuō)，“到目前為止，我們對(duì)哪些生化過(guò)程控制這么多功能知之甚少。這就使得理解這些基本機(jī)制變得更加重要。”

這些研究人員對(duì)著光線觀察一塊含有薄薄的充滿著液體的毛細(xì)管的玻璃板。并沒(méi)有觀察到什么---僅是透明的液體。僅在熒光顯微鏡下觀察時(shí)，綠色染料標(biāo)記的IFT復(fù)合物的運(yùn)動(dòng)才會(huì)像綠點(diǎn)一樣可見，所有這些都在一個(gè)方向上進(jìn)行。就像在高速公路上一樣，這些IFT復(fù)合物沿著纖毛的細(xì)小通道遷移。但到目前為止，IFT復(fù)合物是如何啟動(dòng)的仍然是一個(gè)謎。這就是為何?kten和她的團(tuán)隊(duì)決定重建這種蛋白復(fù)合物的原因。

在這項(xiàng)研究中，這種蛋白復(fù)合物的構(gòu)成單元（building block）來(lái)自模式生物秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）。它利用纖毛來(lái)尋找食物并發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)。生物學(xué)家們已鑒定出許多影響線蟲纖毛功能的蛋白。

?kten解釋道，“在這項(xiàng)研究中，經(jīng)典的自上而下的方法達(dá)到了極限，這是因?yàn)檫@種重建涉及太多的構(gòu)成單元。為了理解鞭毛內(nèi)運(yùn)輸（IFT），我們采用一種相反的方法，即從下往上研究單個(gè)蛋白及其相互作用。”

蛋白海洋中撈針

這項(xiàng)研究類似于諺語(yǔ)中的大海撈針。各種分子化合物成為考慮的事項(xiàng)。經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)月的實(shí)驗(yàn)，這些研究人員偶然發(fā)現(xiàn)了四種蛋白的最小組合。一旦這些蛋白組裝成一個(gè)復(fù)合物，它們就開始通過(guò)這種樣品載體（即前面的玻璃板）中的毛細(xì)管遷移。

?kten回憶道，“當(dāng)我們觀察熒光顯微圖片時(shí)，我們立即知道：如今我們找到了啟動(dòng)這種IFT復(fù)合物的謎團(tuán)。如果這種IFT復(fù)合物中的一種組分因遺傳缺陷而缺乏，那么這種IFT復(fù)合物就會(huì)發(fā)生功能故障---鑒于纖毛的重要性，這會(huì)在一系列嚴(yán)重疾病中得到反映。”