Структурное понимание внутрижгутикового транспортного комплекса IFT

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1506 (2023) Цитировать эту статью

1120 Доступов

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Поезда внутрижгутикового транспорта (IFT), полимеры, состоящие из двух мультисубъединичных комплексов, IFT-A и IFT-B, осуществляют двунаправленный внутриклеточный транспорт в ресничках, жизненно важный для биогенеза и передачи сигналов ресничек. IFT-A играет решающую роль в цилиарном импорте мембранных белков и ретроградном транспорте грузов. Однако молекулярная архитектура IFT-A и механизм сборки IFT-A в поезда IFT in vivo остаются неясными. Здесь мы сообщаем о криоэлектронных микроскопических структурах комплекса IFT-A простейших Tetrahymena thermophila. Мы обнаружили, что комплексы IFT-A представляют два различных состояния: удлиненное и свернутое. Примечательно, что сравнение со структурой криоэлектронной томографии in situ антероградного комплекса IFT раскрывает ряд регулировок гибких рычагов в апо IFT-A, когда они включены в антероградный комплекс. Наши результаты предоставляют модель атомного разрешения для комплекса IFT-A и ценную информацию о механизме сборки антероградных поездов IFT.

Реснички — это высококонсервативные органеллы, выступающие из поверхности клетки и выполняющие самые разнообразные функции1. Дисфункция ресничек приводит к многочисленным заболеваниям человека, называемым цилиопатиями, которые связаны с ухудшением зрения, дисфункцией почек и мужским бесплодием2. Механизм внутрижгутикового транспорта (IFT) необходим для сборки и поддержания ресничек, а также передачи сигналов путем доставки грузов в реснички и из них3,4.

Каждый ряд ИФТ представляет собой полимер двух крупных комплексов ИФТ-А и ИФТ-Б с молекулярной массой ~0,8 МДа и 1 МДа соответственно5. Комплекс IFT-B состоит из 10-субъединичного основного подкомплекса IFT-B1 и 6-субъединичного периферического подкомплекса IFT-B2, опосредующего антероградный транспорт (к кончику) цилиарных белков, управляемый моторным кинезином-26,7 микротрубочек, 8. Комплекс IFT-A состоит из шести субъединиц (IFT144, IFT140, IFT122, IFT121, IFT139 и IFT43), опосредующих как ретроградный транспорт (к основанию), управляемый динеином-1b, так и цилиарный импорт различных мембранных белков через ресничные ворота9,10,11,12,13,14. Исследование криоэлектронной томографии (крио-ЭТ) in situ антероградного поезда у Chlamydomonas reinhardtii показывает, что антероградный поезд плотно упакован IFT-B в качестве основы, лежащей между IFT-A и аксонемой, а IFT-A расположен непосредственно под цилиарной мембраной15. Достигнув кончика реснички, антероградные цепочки реконструируются в совершенно отдельные зигзагообразные ретроградные цепочки, координируя множество событий, включая инактивацию кинезина-2, активацию динеина-1b и высвобождение грузов15,16,17,18,19,20. Дефекты или снижение концентрации IFT-A приводят к укорочению ресничек со снижением скорости ретроградного транспорта и накоплению IFT-B на кончике реснички21,22,23,24,25. Мутации в генах IFT-A вызывают множество цилиопатий, включая заболевания скелета, почек и глаз2,26. Отсутствие структур IFT-A высокого разрешения сильно затрудняет наше понимание механизма сборки IFT-A в поезда IFT и молекулярной основы цилиарного трафика и цилиопатий.

Недавно в нескольких исследованиях сообщалось о структурах IFT-A, полученных с помощью криоэлектронной микроскопии высокого разрешения (крио-ЭМ), а также о in-situ крио-ЭТ-модели антероградного поезда IFT27,28,29,30. Здесь мы очистили комплекс IFT-A от простейших Tetrahymena thermophila и определили крио-ЭМ структуры комплекса IFT-A и его подсборок в диапазоне разрешения от 3,6 до 8,8 Å. Анализ этих структур показывает, что комплекс апо IFT-A состоит из двух жестких структурных модулей, головного и базового модулей, и в растворах представляет два различных состояния: удлиненное и свернутое, последнее из которых не было идентифицировано в недавнем IFT-A. структурные исследования27,28,29,30,31. Более того, мы обнаружили, что IFT-A включается в антероградный комплекс IFT посредством серии регулировок гибких рычагов апо IFT-A. В совокупности наши результаты значительно расширяют наше понимание механизма сборки поездов IFT и дают структурное представление о патогенезе связанных с заболеваниями вариантов IFT-A у человека.