小G蛋白BBS3通过BBSome调控纤毛信号蛋白输出纤毛的机制研究
批准号:
32070698
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
樊振川
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
樊振川
中文摘要
纤毛是真核细胞信号转导器,在发育、分化和器官形成中起重要作用。信号蛋白在纤毛内的稳态失衡可导致遗传性纤毛病巴德-毕德氏症。我们前期的研究表明类ARF6型小G蛋白BBS3与巴德-毕德氏症复合物(BBSome)亚单位BBS1相互作用,在GTP锁定状态时招募BBSome到基体,使其得以和正向鞭毛内运送体偶联进入纤毛。纤毛信号蛋白磷脂酶D(PLD)附着细胞膜以扩散方式进入纤毛。在纤毛顶部,PLD通过BBSome与反向鞭毛内运送体偶联,从而得以输出纤毛。GTP锁定状态的BBS3亦可进入纤毛调控PLD输出纤毛。因此,我们假设BBS3的作用是招募BBSome与PLD进行偶联,从而使得装载PLD的BBSome与反向鞭毛内运送体偶联得以输出纤毛。我们将利用莱茵衣藻为模式生物,利用生化、遗传和单分子活体成像技术来验证BBS3通过BBSome调控PLD输出纤毛分子机理,为更好理解巴德-毕德氏症发病机制奠定基础。
英文摘要
As a signal transducer of eukaryotic cells, cilia play an important role in development, differentiation and organ formation. Defects in maintaining homeostasis of signaling proteins in cilia thus result in hereditary ciliopathy Bardet-Biedl syndrome. Our previous study showed that the ARF-like small GTPase ARL6/BBS3, when in a GTP-bound state, recruits the BBSome from the cell body to the basal body through interacting with the BBSome subunit BBS1. At the basal body, the BBSome loads onto anterograde IFT for entering cilia. It was already known that the ciliary signaling protein phospholipase D (PLD) diffuses into cilia on membrane. At the ciliary tip, PLD couples with retrograde IFT through the BBSome for exiting cilia via IFT. In addition, BBS3 also enters cilia in a GTP-bound configuration and participates in promoting ciliary exit of PLD. Based on those observations, we hypothesize that BBS3 promotes coupling of PLD with IFT through the BBSome for exiting cilia. In this study, we use Chlamydomonas reinhardtii as a model organism. By employing biochemical, genetic and single particle in vivo imaging assays, we try to clarify the molecular mechanism of how BBS3 3 mediates ciliary exit of PLD through the BBSome, so as to better understand the pathogenesis of Bardet-Biedl syndrome.
纤毛(鞭毛)为一类突起于真核细胞表面的披膜轴丝微管细胞器。纤毛利用膜G蛋白偶联受体和离子通道等感应胞外信号并将其转导至细胞核,指导细胞分裂、组织分化和器官发育等生命过程。因此,纤毛组装缺陷或信号分子纤毛稳态失衡导致一系列统称为“纤毛病”的遗传病,包括巴德-毕得氏综合症,其原因为BBSome基体-纤毛循环稳态失衡导致音刺猬信号紊乱。本研究利用莱茵衣藻为模式生物,率先阐明了4个BBSome基体-纤毛稳态维持调控机制,具体为:1)阐明BBSome基体定位分子机制,揭示了小G蛋白IFT22和BBS3协同招募BBSome至细胞基体,通过控制从基体输入纤毛BBSome的生物丰度,维持BBSome纤毛稳态;2)阐明BBSome纤毛顶部重塑分子机制,揭示了LZTFL1在胞体内稳定小G蛋白IFT27,使其得以作为IFT组分输入纤毛。IFT27在纤毛顶部与IFT列车分离,促进BBSome纤毛顶部重塑过程中的再组装步骤,以此决定BBSome纤毛丰度而维持其纤毛稳态。3)阐明BBSome纤毛顶部转向分子机制,揭示了小G蛋白BBS3在纤毛顶部作为ARL13的GEF激活ARL13附着于纤毛内膜,ARL13GTP招募BBSome为其效应器附着于纤毛内膜,从而在时空上促成纤毛信号分子与BBSome偶联并转向输出纤毛,维持了信号分子纤毛稳态。4)阐明BBSome穿越纤毛过渡区输出纤毛分子机制,揭示了信号分子在纤毛近端过渡区内侧与游离于IFT体系的BBSome偶联,小G蛋白RABL2作为ARL3的GEF激活ARL3,被激活的ARL3GTP得以招募载有信号分子的BBSome穿越纤毛过渡区以输出纤毛,从而维持信号分子纤毛稳态。以上发现为深入理解巴德-毕得氏综合症致病分子机制奠定了坚实基础。
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