Kinesin-9家族成員Kif6和Kif9在哺乳動物運動纖毛中的不同功能

8月19日，國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Cell Biology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)**創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）朱學(xué)良研究組聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏團隊和中國科學(xué)院生物物理研究所李棟研究組的最新合作研究成果“Distinct Roles of Kif6 and Kif9 in Mammalian Ciliary Trafficking and Motility”，揭示了驅(qū)動蛋白（kinesin）Kif6和Kif9在哺乳動物動纖毛（motile cilia）中的功能。

動纖毛和鞭毛（flagella）是進(jìn)化保守的、突出于細(xì)胞表面的毛狀細(xì)胞器，通常由九組二聯(lián)體微管和一對中央微管組成。動纖毛多以多纖毛的形式廣泛分布于哺乳動物的腦室、氣管、輸卵管和輸精小管中，通過其有規(guī)律的協(xié)調(diào)擺動，驅(qū)動腦脊液循環(huán)、清潔呼吸道和運輸生殖細(xì)胞，而鞭毛則驅(qū)動精子運動。驅(qū)動蛋白是一類重要的分子馬達(dá)，它們能夠在微管上進(jìn)行納米級“行走”，參與物質(zhì)運輸、細(xì)胞分裂和纖毛發(fā)生等多種生物學(xué)過程，也驅(qū)動負(fù)責(zé)纖毛/鞭毛內(nèi)物質(zhì)運輸，即鞭毛內(nèi)運輸（Intraflagellar Transport, IFT），的列車。

Kif6和Kif9是Kinesin-9家族的兩個成員，具有較高的同源性（圖A）。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)它們與動纖毛或鞭毛高度相關(guān)，但在哺乳動物中的功能尚不明確。該研究團隊利用自主搭建的掠入射結(jié)構(gòu)光照明超高分辨率熒光顯微鏡（GI-SIM）發(fā)現(xiàn)Kif6和Kif9在哺乳動物運動纖毛中的定位和行為均不同：Kif6呈點狀定位于二聯(lián)體微管外周并沿這些微管進(jìn)行長距離的雙向運動，其中一些運動與IFT列車共定位，而Kif9定位于纖毛中央器且不進(jìn)行長距離的運動（圖B-C）。體外實驗證實Kif6，而非Kif9，具有沿微管的運動性。在小鼠模型中，Kif6的敲除會嚴(yán)重影響腦室纖毛的協(xié)調(diào)擺動，導(dǎo)致腦脊液流動障礙，并引起嚴(yán)重的腦積水（圖D-E），小鼠存活率也大大下降。相比之下，Kif9的敲除并不明顯影響腦室纖毛的協(xié)調(diào)擺動，僅造成輕度腦積水（圖D-E），且不影響小鼠壽命。Kif6^-/-和Kif9^-/-的雄性小鼠均表現(xiàn)為不育，前者精子數(shù)量減少且活力差，后者精子前進(jìn)運動能力受限。這些結(jié)果提示Kif6是運動纖毛上參與貨物運輸?shù)姆肿玉R達(dá)，可能通過運輸信號分子等貨物，調(diào)控腦室多纖毛擺動方向的一致性，而Kif9則是纖毛中央微管功能的一種調(diào)節(jié)因子（圖F）。該研究為理解纖毛運動的分子調(diào)控機制和相關(guān)病理機制提供了新的線索。

分子細(xì)胞**中心博士生方楚玉、分子細(xì)胞**中心與上海科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生潘新文和中科院生物物理所李迪研究員為該論文的共同**作者。分子細(xì)胞**中心朱學(xué)良研究員、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏研究員和中國科學(xué)院生物物理研究所李棟研究員為該論文的共同通訊作者。清華大學(xué)梁鑫副教授和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院黃旲研究員等研究人員為合作者。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的資助，以及分子細(xì)胞**中心細(xì)胞分析技術(shù)平臺、分子生物學(xué)技術(shù)平臺和國家蛋白質(zhì)設(shè)施等的技術(shù)支持。

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