蛋白质设施用户揭示液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制
时间 : 2021-03-04     

2021年2月23日,国家蛋白质科学研究(上海)设施用户上海交通大学Bio-X研究院朱金伟团队与中科院生化细胞所张荣光团队合作在Cell Reports杂志在线发表题为Phase Separation-mediated Condensation of Whirlin-Myo15-Eps8 Stereocilia Tip Complex的研究论文,首次揭示了液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制。  
 静纤毛是位于耳毛细胞顶部特化的毛状结构,作为听觉神经系统的机械感受元件,能够接收声波的机械信号并将其转化为电信号,对于听觉产生起关键的作用。静纤毛顶端的电子致密区(tip complex density,TCD)是由多种蛋白质组成的高度致密且动态的结构,主要组分包括Whirlin、Myo15、Eps8、LGN等,在调控静纤毛的生长发育过程中起关键作用。编码TCD组分的多种基因突变均能导致静纤毛发育异常和耳聋发生。然而TCD形成的分子机制仍然未知。  

本项研究首先对TCD三种关键组分:Whirlin、Myo15、Eps8之间的相互作用进行了详细研究,确定了三种蛋白两两之间发生相互作用的生化基础,并解析了Whirlin-Myo15的复合物晶体结构。有趣的是,研究发现Whirlin在体外和细胞内均能自发地形成液-液相分离(liquid-liquid phase separation)。Eps8与Myo15能够被Whirlin招募进入Whirlin相分离中,并且显著促进相分离的形成(图1)。

  
图1. Whirlin-Myo15-Eps8复合物在体外和细胞内形成相分离    

本项工作进一步探索了相分离介导TCD形成在静纤毛生长中的可能机制。研究发现顶端复合物形成的相分离能够显著促进F-actin在体外交联成束(actin bundle),加入破坏相分离的耳聋突变体Myo15deaf则会显著抑制F-actin的成束(图2)。 

综上,本项研究通过综合运用生物化学、结构生物学和细胞生物学等方法,揭示了液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制,为进一步阐明TCD促进静纤毛发育和相关耳聋的发病机制提供了新的理论基础。 

 
图2. TCD相分离促进F-actin交联成束  

国家蛋白质科学研究(上海)设施BL18U1,BL19U1线站工作人员为其X射线晶体学衍射数据收集提供了及时高效的支持。  

(蛋白质上海设施提供)