편모내 수송 복합체 IFT에 대한 구조적 통찰력

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1506(2023) 이 기사 인용

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두 개의 다중 하위 단위 복합체인 IFT-A와 IFT-B로 구성된 중합체인 IFT(Intraflagellar Transport) 열차는 섬모 생물 발생 및 신호 전달에 필수적인 섬모에서 양방향 세포내 수송을 수행합니다. IFT-A는 막 단백질의 섬모 수입과 역행 화물 밀매에 중요한 역할을 합니다. 그러나 IFT-A의 분자 구조와 IFT-A가 생체 내에서 IFT 열차로 조립되는 메커니즘은 아직 파악하기 어렵습니다. 여기에서는 원생동물 Tetrahymena thermophila의 IFT-A 복합체의 저온 전자 현미경 구조를 보고합니다. 우리는 IFT-A 복합체가 길쭉하고 접힌 두 가지 별개의 상태를 나타냄을 발견했습니다. 놀랍게도, 순행 IFT 열차의 현장 저온 전자 단층 촬영 구조와의 비교는 순행 열차에 통합될 때 Apo IFT-A의 유연한 팔의 일련의 조정을 보여줍니다. 우리의 결과는 IFT-A 복합체에 대한 원자 분해능 모델과 순행 IFT 열차의 조립 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.

섬모는 세포 표면에서 튀어나와 다양한 역할을 수행하는 고도로 보존된 소기관입니다1. 섬모의 기능 장애는 시력 장애, 신장 기능 장애 및 남성 불임과 관련된 섬모병증이라는 수많은 인간 질병을 유발합니다2. 편모내 수송(IFT) 기계는 섬모의 조립 및 유지 관리뿐만 아니라 섬모 안팎으로 화물을 전달하여 신호 변환에 필수적입니다.

각 IFT 트레인은 각각 ~0.8 MDa 및 1 MDa의 분자량을 갖는 두 개의 대형 복합체 IFT-A 및 IFT-B의 중합체입니다5. IFT-B 복합체는 10개 하위 단위 코어 하위 복합체 IFT-B1과 6개 하위 단위 주변 하위 복합체 IFT-B2로 구성되어 미세소관 모터 키네신-26,7에 의해 구동되는 섬모 단백질의 전행성 수송(끝쪽으로)을 매개합니다. 8. IFT-A 복합체는 6개의 하위 단위(IFT144, IFT140, IFT122, IFT121, IFT139 및 IFT43)로 구성되어 있으며 다인-1b에 의해 유도되는 역행 수송(기저부 방향)과 다양한 막 단백질의 섬모 수입을 모두 중재합니다. 섬모문9,10,11,12,13,14. Chlamydomonas reinhardtii의 전방 열차에 대한 현장 저온 전자 단층 촬영(cryo-ET) 연구는 전방 열차가 IFT-A와 축색소 사이에 있는 백본으로 IFT-B로 조밀하게 포장되어 있으며 IFT-A가 직접 위치함을 밝힙니다. 섬모막 아래15. 섬모 끝에 도달한 후 전방 열차는 완전히 별개의 지그재그 역행 열차로 리모델링되어 키네신-2의 비활성화, 다인-1b의 활성화 및 화물 방출을 포함한 여러 이벤트를 조정합니다. IFT-A의 결함 또는 농도 감소는 역행 수송 속도 감소와 섬모 끝 부분에 IFT-B 축적으로 섬모가 짧아지게 합니다. IFT-A 유전자의 돌연변이는 골격, 신장 및 눈 관련 질환을 비롯한 수많은 섬모병증을 일으켰습니다2,26. 고해상도 IFT-A 구조가 부족하면 IFT-A의 IFT 열차 조립 메커니즘과 섬모 밀매 및 섬모병증의 분자 기반에 대한 이해가 크게 방해됩니다.

최근 여러 연구에서 고해상도 저온 전자 현미경(cryo-EM) IFT-A 구조와 전방성 IFT 열차의 20.7Å 현장 저온 ET 모델이 보고되었습니다. 여기에서 우리는 원생동물인 Tetrahymena thermophila로부터 IFT-A 복합체를 정제하고 3.6~8.8Å의 분해능 범위에서 IFT-A 복합체와 그 하위 어셈블리의 저온 EM 구조를 결정했습니다. 이러한 구조를 분석하면 apo IFT-A 복합체는 두 개의 견고한 구조 모듈, 즉 헤드와 베이스 모듈로 구성되어 있으며 솔루션에서 두 가지 뚜렷한 신장 및 접힌 상태를 나타냅니다. 후자는 최근 IFT-A에서 확인되지 않았습니다. 구조적 연구27,28,29,30,31. 또한, 우리는 IFT-A가 apo IFT-A의 유연한 팔의 일련의 조정을 통해 순행 IFT 열차에 통합된다는 것을 발견했습니다. 함께, 우리의 결과는 IFT 열차의 조립 메커니즘에 대한 이해를 크게 확장하고 인간의 질병 관련 IFT-A 변종의 병인에 대한 구조적 통찰력을 제공합니다.