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细胞实验:相分离介导足细胞裂孔隔膜相关复合物形成的分子机制

发布时间:2021-09-23 02:04:42 阅读:12782次 来源:本站

  8月1日,国际学术期刊Journal of the American Society of Nephrology在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)张荣光研究组的最新研究成果“Phase Separation of MAGI2-Mediated Complex Underlies Formation of Slit Diaphragm Complex in Glomerular Filtration Barrier”。在该工作中,研究人员揭示了液-液相分离在肾脏足细胞裂孔隔膜形成与维持过程的重要生物学功能。

  肾单位是肾脏的结构与功能的基本单位,其中肾小球毛细血管壁由三层不同类型的细胞及细胞间质构成,由内向外分别是:内皮细胞(fenestrated  endothelial  cell)、基底膜(glomerular  basement membrane,GBM)、上皮细胞(epithelial cell),共同组成肾小球过滤系统(glomerular filtration barrier,GFB)。内皮细胞薄而密布特化的小孔,这是肾小球滤过作用的第一道屏障,由细胞外基质构成的基底膜是该过滤系统的第二道屏障,相邻的内皮细胞及上皮细胞是合成分泌与维持基底膜结构与功能稳定的主要来源。上皮细胞高度特化,细胞边缘极不规则,如细胞伸出的伪足,故称为足细胞(podocyte)。典型的成熟足细胞可以明显分为细胞体、主要突起、足突(foot process)三个部分。相邻足细胞的足突相互交错,通过裂孔隔膜(slit  diaphragm,SD)连接。裂孔隔膜是相邻足细胞之间的一种特殊的细胞连接结构,为防止蛋白丢失所建立的最后一道过滤屏障。目前有多种蛋白质分子在该结构中被鉴定,但具体的功能及调控机制尚不清晰。在每个裂孔隔膜的细胞质一侧,都有一个高电子密度且富含蛋白质的区室结构,这对于裂孔隔膜的完整性和信号转导至关重要。同时,现已确认多个参与编码无膜区室成分的相关基因突变与肾小球疾病的发生相关。因此,该区域是通过什么样的机制形成致密区是一个重要而未得到解决的科学问题。

  本研究中,研究人员发现MAGI2,一个在裂孔隔膜区域特异表达的属于MAGUK家族成员的支架蛋白,可以自主发生液-液相分离现象,进一步探究发现该现象由DY loop 中的酪氨酸残基与部分PDZ结构域表面的精氨酸残基之间的多价相互作用所介导。随后研究人员鉴定了MAGI2与Dendrin之间的直接相互作用,并解析了MAGI2-Dendrin的复合物晶体结构。结构显示MAGI2串联的WW 结构域与Dendrin串联的PPxY序列形成特异相互作用。此外,研究人员对Dendrin与CD2AP之间的相互作用进行了详细研究,有趣的是,CD2AP也可以自主发生液-液相分离现象,随后也探究了其中的分子机制。体内和体外实验同时证明,MAGI2-Dendrin-CD2AP复合物之间的多价相互作用驱动高密度SD区域凝聚物的形成。重构的该凝聚物可以有效地募集跨膜蛋白Nephrin,同时与F-actin相互作用。肾病综合征相关的 MAGI2 突变体干扰了该凝聚物的形成,从而导致对Nephrin的募集作用受到损伤。

  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系统地研究了裂孔隔膜关键成分之间的相互作用,鉴定并组装一条全新的信号通路,提出了多个基因突变都会导致先天性肾病综合征的可能解释。液-液相分离形式的发现及引入将会为足细胞间独特的细胞连接——裂孔隔膜的生理机制研究提供更为科学的解释,相关肾病综合征的发病机制得到一定解答。

  中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士研究生张海佼为论文第一作者,张荣光研究员和朱金伟副研究员(现为上海交通大学Bio-X研究院副教授)为通讯作者,香港科技大学张明杰院士课题组,同济大学大学曹莹教授课题组,以及中科院上海有机所潘李峰研究员课题组也参与了本项研究。感谢复旦大学生物医学研究院温文玉研究员的大力支持。感谢国家蛋白质科学研究设施(上海)BL18U和BL19U1线站,规模化蛋白质制备系统以及复合激光显微成像系统的帮助。该研究得到国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和香港RGC的资金支持。

  文章链接:

  https://jasn.asnjournals.org/content/32/8/1946

细胞实验

  SD相关蛋白复合物介导形成的裂孔隔膜模式图

本文链接:https://www.zjby-biotech.com/news/hyzx/439.html

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