生命学院梁鑫课题组解析机械力感受神经元中特化细胞骨架的三维结构及其形成的分子机制


清华新闻网12月4日电 机械力信号转导是细胞将胞外机械力信号转换为胞内信号的过程,它是触觉、痛觉、平衡觉等重要生理学过程的细胞生物学基础。在这一过程中,感受神经元中的力敏感离子通道可以将环境中的机械力刺激转换为电信号,而细胞膜和细胞骨架等支撑结构则决定了力信号转导的敏感性。清华大学生命学院梁鑫课题组在前序工作中发现果蝇I型机械力感受神经元树突顶端存在特化的纤毛结构,该结构中存在着由非中心体微管构成的高级细胞骨架结构,该结构具有结构支撑和力学感受双重功能。

为深入了解上述细胞骨架的结构及其发生的分子机制,梁鑫课题组进一步应用基于电子断层成像的三维电镜重建技术在近分子水平的分辨率上原位解析了上述细胞骨架的高级结构,并结合活体细胞显微成像技术测量了微管纤维的极性、动力学及稳定性。接着,研究者们结合遗传学,行为学,单分子体外生化方法,电生理和在体钙成像功能分析等多种手段,发现微管切割蛋白Kat-60L1具有特异性的表达模式和空间定位,而且能够调控该类感受神经元对机械力信号响应的敏感性。进一步的结构和动力学分析表明,该分子通过与其它微管结合蛋白协同能够综合调控特化纤毛结构中微管的数量和长度,并进而精确调控了纤毛内特化微管细胞骨架的三维塑型,最终实现对整个纤毛结构形态及功能的最优化。

图1.力感受神经元中特化纤毛内基于微管的细胞骨架三维结构

这一系列的工作解析了机械力感受神经元中特化细胞骨架的三维结构,并初步揭示了其形成的分子机制,为进一步了解生物体感受机械力信号的分子基础打开了大门。同时,本工作也首次应用电子断层成像的方法对神经元树突末梢中高密度的骨架结构进行了在体原位分析,为解析该类复杂结构发生的分子机制提供了新的实验方法。以该工作为基础,梁鑫课题组于2020年12月2日在《细胞生物学杂志》(Journal of Cell Biology)在线发表了题为“Katanin p60-like 1塑型力感受纤毛中细胞骨架”(Katanin p60-like 1 Sculpts the Cytoskeleton in Mechanosensory Cilia)的研究论文,该论文也将作为封面论文刊登于2021年首期《细胞生物学杂志》。

清华大学生命学院梁鑫研究员为本文的通讯作者,课题组博士后孙兰弟博士,2017级博士生崔立虹和2015级博士生刘真为该论文共同第一作者,王琦轩、薛兆玉和吴孟华等同学参与了部分研究工作。清华大学Jose Pastor课题组和倪建泉课题组为该研究工作提供了重要的转基因工具果蝇品系。本工作的开展获得了科技部重点研发计划、国家基金委、清华-北大生命科学联合中心以及北京结构生物学高精尖创新中心竞争性项目的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1083/jcb.202004184

供稿:生命学院

编辑:李华山

审核:吕婷

2020年12月04日 09:30:45  清华新闻网

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