纤毛内转运蛋白IFT88通过参与细胞内囊泡运输调控纤毛的生成与功能

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原纤毛是一类非常保守的突出于细胞表面的毛样结构,这一结构处会聚集许多信号受体,能够介导众多信号通路的转导,例如Hedgehog信号通路,原纤毛结构和功能的缺陷常常会引起Hedgehog信号通路的转导异常。由于缺少蛋白合成机制,组成纤毛的微管蛋白以及定位在纤毛的信号通路转导因子都需要在胞内合成后运输到纤毛。有假说提出,膜蛋白和非膜结合蛋白向纤毛的定向转运都与胞内合成分泌途径密不可分:膜蛋白在胞内合成加工后经囊泡运输至纤毛,而胞浆蛋白例如组成轴丝的微管蛋白前体也是结合在胞内转运囊泡外围被运输至纤毛。纤毛内转运(IFT)复合体是介导的纤毛内部沿轴丝的运输的一个蛋白复合体,而近期的研究发现,一些IFT成员还能够参与到胞内合成分泌途径,调控囊泡向纤毛的定向运输。IFT88是IFT-B复合体的一个核心成员,除了调控纤毛内运输,最近IFT88被发现与Usher蛋白Cdh23,Harmonin以及Myo7aa在内质网形成复合体,并一同转运至内质网高尔基体中间复合体(ERGIC),提示我们IFT88可能与参与到了胞内囊泡运输调控,但对此过程尚未有明确研究。本文中我们检测了 IFT88在胞内的定位,发现它能够定位在内质网及其出芽的COPⅡ包被小泡上,并能与包被蛋白SEC13相结合。我们实验室前期研究中发现了一个新的IFT88结合蛋白二酰甘油激酶δ(DGKδ),在这里我们进一步发现DGKδ能够与IFT88共定位在内质网尤其是内质网出芽位点(ERES),DGKδ的缺失引起IFT88结合的COPⅡ小泡的出芽受阻,提示我们DGKδ能够促进载有IFT88的COPⅡ包被小泡的生成。而IFT88结合的COPⅡ小泡的出芽受阻导致纤毛定位的IFT88蛋白量减少,纤毛长度也随之变短了,并且经内质网直接转运至纤毛的膜受体Peripherin/Prd向原纤毛的转运也受到了抑制,提示我们IFT88能够调控内质网出芽的COPⅡ小泡向原纤毛的转运。原纤毛作为细胞表面的特殊区域,不仅存在特殊的蛋白组成,这一结构处质膜的磷脂组成也有别于细胞膜的其他区域,聚集了大量的磷脂酰肌醇PI4P,而其基部则聚集了磷脂酰肌醇PI(4,5)P2。而DGKδ作为二酰甘油激酶(DGK)家族的一个成员,其主要功能就是磷酸化二酰甘油DAG生成PA。这一反应是细胞内磷脂酰肌醇循环的第一步,起始了 PI(4,5)P2的再生成,因而DGK家族也是胞内磷脂酰肌醇代谢的重要成员。我们发现IFT88结合的COPⅡ包被小泡也同样富含磷脂酰肌醇PI(4,5)P2,提示我们这类囊泡可能为纤毛基部磷脂酰肌醇PI(4,5)P2的聚集提供了来源。敲低DGKδ的表达能够抑制Hedgehog信号通路活性,以及GCP的增殖;同时DGK抑制剂也同样能够通过抑制膜蛋白Smo在纤毛的聚集从而抑制Hedgehog信号通路的活性。这些结果提示我们DGKδ可能通过影响原纤毛定向转运从而影响了原纤毛相关的Hedgehog信号转导。基于这些研究结果,我们认为IFT88结合胞内合成分泌途径中内质网出芽的COPⅡ小泡,并能够调控这部分囊泡从内质网向原纤毛的定向转运,从而介导特定的蛋白及脂质向原纤毛的定向转运。IFT88的结合蛋白DGKδ能够促进IFT88结合的COPⅡ小泡的生成并影响其磷脂组成,进而参与到原纤毛生成与功能的调控,影响了 Hedgehog信号通路的转导。
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