来源：DeepTech深科技
纤毛是基于微管和膜包裹的真核细胞突起，在细胞运动、流体流动生成、感官知觉和细胞间信号传导中发挥重要作用。纤毛的生长是一个快速的过程：单细胞藻类莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii） 可以在 90 分钟内长出 12μm 长的纤毛。
在此期间，构建轴丝的数百种不同蛋白质，需要通过称为鞭毛内转运（IFT，intraflagellar transport） 的主动转运机制穿梭到纤毛中。在纤毛稳态中，鞭毛内转运从纤毛中去除不需要的蛋白质并通过在纤毛内外运输膜蛋白（包括 G 蛋白偶联受体和离子通道）来调节依赖于纤毛的信号转导通路。
因此，鞭毛内转运对于纤毛正常发挥功能至关重要。鞭毛内转运中的缺陷会损害纤毛组装和纤毛信号传导，导致一系列称为纤毛病的疾病，包括骨骼纤毛病、多囊肾病、视网膜退行性疾病和巴德-比德尔综合征等。
尽管人们在 30 年前就发现了鞭毛内转运，但学界仍然不完全了解这种单一机制如何在两个不同的方向上，选择性地运输如此多的不同货物。
鞭毛内转运依赖于称为 IFT train 的马达蛋白驱动的大蛋白质复合物（多兆道尔顿）穿梭机。IFT train 由高度保守的鞭毛内转运-A 和鞭毛内转运-B 复合体的重复单元组装而成，并装饰有适配器蛋白，可以扩展鞭毛内转运列车可以运输的货物数量和类型。
顺行 IFT train 由马达蛋白 kinisen-2 提供动力，但也装载动力蛋白 dynein-2，后者为逆行运输提供动力。除了它们的不同组成外，顺行和逆行列车还沿着构成轴丝的双微管内的不同小管行进，这可以防止沿相反方向移动的列车之间发生碰撞。
此前，学界在单个鞭毛内转运蛋白的结构和相互作用上取得了一定的进展。16 个鞭毛内转运-B 亚基中的 11 个的晶体结构已被解析或部分解析，而电子显微镜已用于最大的鞭毛内转运-B 亚基鞭毛内转运 172 成像。
晶体学也被用于可视化鞭毛内转运-B 中发生的一些蛋白质-蛋白质相互作用，包括鞭毛内转运 25 和鞭毛内转运 27 之间的相互作用、鞭毛内转运 52 与鞭毛内转运 46 和鞭毛内转运 70 的关联，以及三聚体鞭毛内转运 22/74/81 复合物。
然而，鞭毛内转运-A 的 6 个亚基的结构信息完全缺失。酵母双杂交分析、免疫共沉淀、可见免疫沉淀以及遗传相互作用分析等方法，已被用于生成鞭毛内转运亚基之间的相互作用网络。
但是，这些方法无法提供鞭毛内转运外观和功能的全貌。除了这些方法之外，低温电子断层扫描（cryo-ET） 已经在原位揭示了 IFT train 的结构，但由于这种方法缺乏分辨率，因此无法确定鞭毛内转运蛋白各个亚基在复合物中的位置，并且越来越多的证据支持鞭毛内转运蛋白在囊泡运输中的额外作用。
同时，鞭毛内转运-A 复合物亚基的组成形式，鞭毛内转运-A 如何结合囊泡、聚合成 IFT train 以及在这些状态之间的转换，都是对鞭毛内转运转运机制的理解具有重要意义，有待解决的根本性问题。
为此，哈佛医学院阿兰·布朗（Alan Brown）实验室利用冷冻电镜单颗粒技术，首次解析了在利什曼原虫（L. tarentolae）中纯化的 native 状态的鞭毛内转运-A 复合物的近原子分辨率结构。
结构揭示了鞭毛内转运-A 由两个子复合体鞭毛内转运-A1 和鞭毛内转运-A2 组成，它们由位于躯干中间的旋转接头连接在一起。在 native 利什曼原虫中，鞭毛内转运-A 复合体采取相对“close”的构象。
（来源：Cell）在该领域还有很多重要的待解决的问题，比如课题组还在努力解析鞭毛内转运-B 的复合物，尝试寻找与鞭毛内转运-A 结合的货物蛋白或鞭毛内转运-A 的货物接头蛋白以及他们的相互作用。
图 | 周海霞（来源：周海霞）另据悉，周海霞于 2019 年 9 月开始在哈佛医学院进行博士后研究，并获得了 2021-2022 年的 Merk Fellowship（默克公司支持的博士后基金）。更早之前，其本科毕业于西北农林科技大学，2014 年保送进清华大学读博。博士期间，曾参与首次解析感染人的冠状病毒的 spike 蛋白结构，并研究了 MERS 冠状病毒及其与新表位抗体的作用机理。目前，她正在关注并寻找国内职位，目标方向是想通过冷冻电镜以及生物化学等技术，研究纤毛相关疾病的科学问题。
参考资料：
1.Meleppattu, S., Zhou, H., Dai, J., Gui, M., & Brown, A.（2022）. Mechanism of 鞭毛内转运-A polymerization into trains for ciliary transport. Cell, 185(26）, 4986-4998.
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