我国科大在听力体系耳毛细胞静纤毛发育分子机制研讨中获得新进展

  细胞骨架的动态拼装在神经体系发育和信号转导中发挥要害效果。作为听觉神经体系重要的机械感触元件，静纤毛（stereocilia）是耳毛细胞（haircell）顶端特化的富含F-actin的毛状结构，在机械力电转导（mechanoelectrical transduction, MET）进程中发挥了及其重要的效果。老练的静纤毛呈三层阶梯状摆放，较低两层的静纤毛顶端具有机械力门控离子通道（图1）。声波（机械振动）使较低层的静纤毛向较高层位移，较低层顶端的离子通道翻开，发生生物电信号，进一步经过神经纤维传递给中枢神经体系，由此发生听觉。因而，静纤毛的细胞骨架动态拼装以及阶梯状排布发育进程是听觉发生的根底。

  研讨标明，静纤毛顶端的电子细密区（Tipcomplex density，TCD）在静纤毛发育中发挥要害功用。TCD富含很多蛋白质，如Whirlin、Eps8、Eps8L2、Myo15、Gpsm2、Gαi等，这些蛋白构成相互效果网络，调控静纤毛的发育。编码这些蛋白的基因缺失会导致小鼠静纤毛顶端TCD的散布涣散且不规矩并伴随着F-actinbundle的削减，静纤毛形状反常，听力受损。但是，静纤毛发育中的许多要害科学问题仍有待处理，如静纤毛阶梯状排布的分子机制是什么？各层静纤毛的形状特征（如高度、直径等）的内涵决议因子是什么？

  近年研讨标明，静纤毛阶梯状发育机制与平面细胞极性（planarcellpolarity）信号通路严密相关。细胞极性相关Gpsm2-Gαi复合物在发育进程特异定坐落榜首层静纤毛顶端，在界说最高层静纤毛进程发挥效果，但分子机制不明。研讨团队首要研讨了Gpsm2-Gαi复合物介导的蛋白相互效果网络的分子机制，提醒了Gpsm2-Whirlin复合物的具体相互效果机理和三维结构根底（图1）。研讨之后发现Whirlin经过一段保存的多肽序列GBD（Gpsm2 binding domain）结合Gpsm2的TPR结构域（图1）。

  风趣的是，团队研讨之后发现Gpsm2在细胞内及体外均能自发构成液-液相别离（liquid-liquid phase separation）。进一步研讨之后发现，Gpsm2的TPR结构域和GoLoco结构域之间的富含Lys残基的loop区域（poly-Kloop）对其相别离构成至关重要。鉴于团队前期的工作中发现Whirlin-Eps8-Myo15复合物也可以构成相别离介导的凝集体，团队发现Gpsm2构成的凝集体可以与Whirlin-Eps8-Myo15凝集体交融（图2）。

  更为重要的是，Gpsm2可以终究靠本身相别离进一步促进Myo15a-Eps8-Whirlin-Gpsm2-Gαi五元TCD凝集体的构成（图2）。研讨团队经过体外F-actin交联试验证明，五元TCD相较于三元TCD（Whirlin-Eps8-Myo15）具有更强的F-actinbundling活性，提示特异定坐落榜首层静纤毛顶端的Gpsm2-Gαi或许经过进一步促进顶端细密区蛋白复合物的相别离来促进榜首层顶端TCD凝集体拼装，然后富集更多的细胞骨架调理因子（包含但不仅限于Eps8和Myo15等）使榜首层静纤毛的F-actin细胞骨架比较低层静纤毛（不含有Gpsm2-Gαi）发育得更高，终究界说榜首层静纤毛为最高层静纤毛。最终，团队发现在Chudley-McCullough综合征患者中筛查到的疾病骤变Gpsm2_R318RfsX8经过影响五元TCD的拼装削弱其F-actinbundling的才能，导致患者耳毛细胞中静纤毛发育反常，然后为Chudley-McCullough综合征供给了或许的发病机制（图2）。

  综上，本项研讨综合利用分子生物学、生物化学、细胞生物学及结构生物学办法，阐释了Gpsm2-Gαi界说最高层静纤毛特征的分子机制，为未来听力丢失相关患者的治疗供给了潜在的新思路（图3）。

  图3.最高层特异定位的Gpsm2-Gαi经过促进顶端凝集体构成介导静纤毛细胞骨架发育

  我国科学技术大学博士研讨生时英东与上海交通大学助理研讨员林霖为该论文的一起榜首作者，王朝教授与朱金伟教授为论文的一起通讯作者，我国科学技术大学为榜首完结单位。该研讨工作获得了细胞动力学教育部要点试验室、中科大双一流学科建设经费、微标准国家研讨中心、中科院、国家自然科学基金委和科技部等项目支撑。

  （细胞动力学教育部要点试验室、微标准国家研讨中心、生命科学与医学部、科研部）