科研进展

清华大学生命科学学院欧光朔实验室揭示驱动蛋白-2自抑制依赖其肘部磷酸化

2025-06-18    点击:

2025611日,生命中心、清华大学生命科学学院欧光朔课题组在eLife》杂志上发表题为"驱动蛋白-2自抑制依赖肘部磷酸化"Kinesin-2 autoinhibition requires elbow phosphorylation)的研究论文。该研究通过体外磷酸化分析、分子动力学模拟、单分子成像与遗传筛选等技术,首次揭示NIMA家族激酶NEKL-3通过磷酸化驱动蛋白-2家族成员KIF17/OSM-3的保守"肘部"结构域,实现对纤毛内运输(IFT)的精确时空调控核心发现:

欧光朔实验室通过体外磷酸化以及质谱发现NEKL-3激酶直接磷酸化驱动蛋白OSM-3 C,并鉴定了被磷酸化YSTT基序。结构预测构显示,该基序位于连接两个卷曲螺旋的柔性铰链区——此区域在驱动蛋白超家族中被类比为"肘部",但其具体功能此前并未被报道

研究团队进一步通过构建磷酸缺失和磷酸模拟的线虫突变体发现,磷酸缺失蛋白持续活化,在神经元轴突异常聚集并产生纤毛缺陷;磷酸模拟蛋白可进入纤毛但运动活性受损,纤毛长度与IFT速度显著降低。表明磷酸化诱导OSM-3形成自抑制状态,阻止其在胞质运输中的提前激活,确保驱动蛋白复合物在纤毛基部被适时激活。

能量最小化模型显示,在磷酸化模拟突变体中,尾部结构域与马达头部结合形成反向β折叠,维持自抑制构象;磷酸化缺失突变则引发头部-尾部解离,导致持续性激活。生化实验进一步证实:磷酸化缺失突变使ATP酶活性异常升高,微管滑行速度显著加快。

通过规模遗传筛选,发现磷酸缺失突变体的抑制A489T可完全恢复纤毛定位与IFT速度。表明该位点需经历动态磷酸化循环以精确调控活性

该研究首次阐明"肘部磷酸化" 作为驱动蛋白自抑制的关键分子开关NEKL-3介导的磷酸化在胞质运输阶段抑制OSM-3活性,到达纤毛基部后去磷酸化激活其运动功能。这种时空调控机制确保IFT货物高效递送,为理解纤毛相关疾病提供新视角。

1. OSM-3 的肘部被 NEKL-3 磷酸化后,呈现自抑制状态;而去磷酸化后,由于肘部构象变化,OSM-3 折叠的自抑制状态转变为开放的激活状态

生命中心、清华大学生命科学学院欧光朔教授为本论文的通讯作者,清华大学生命科学学院2020博士陈广涵为第一作者清华大学生命科学学院2023博士生郭正阳参与了部分工作。研究工作得到了清华大学蛋白质化学与组学平台的技术支持,以及清华-北大生命科学联合中心、北京生物结构前沿研究中心以及国家自然科学基金提供经费支持。

原文链接https://doi.org/10.7554/eLife.103648