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      水生所在鞭毛膜蛋白N-糖基化修飾調控鞭毛粘附能力研究中取得突破
      作者: 徐南南 | 2020-12-21 | 瀏覽量:

        鞭毛也稱纖毛,是指突出在真核細胞表面,基于微管的一類細胞器,廣泛分布于原生動物和脊椎動物中,具有運動、感受和分泌功能。在液體中,生物的鞭毛通過擺動來驅動細胞本身或液體的運動。有意思的是,生活在潮濕環境中的原生生物如萊茵衣藻還可以通過滑行(gliding)沿著固體表面運動。萊茵衣藻的滑行分為兩個步驟:第一步鞭毛粘附在固體表面上,兩根鞭毛形成夾角為180°的構象;第二步鞭毛沿著固體或者半固體的表面滑行,是由鞭毛中的分子馬達提供動力。滑行運動可能參與原生生物的營養獲取以及趨利避害等生命活動。美國科學家Bloodgood.R.A等人的前期研究表明與鞭毛滑動有關的主要蛋白(FMG-1B)是糖基化修飾的鞭毛膜蛋白,但是N-糖基化修飾如何參與調控滑行運動以及與分子馬達互作的機理仍不清楚。 

        中國科學院水生生物研究所藻類細胞生物學課題組與德國明斯特大學Michael Hippler教授團隊合作利用蛋白質組學結合糖組學的方法鑒定出鞭毛膜蛋白發生糖基化的位點以及N-糖基鏈的組成。研究結果顯示在萊茵衣藻三個N-糖基化修飾通路關鍵酶基因突變體中,鞭毛膜糖蛋白FMG-1BN-糖基化修飾鏈結構發生了變化,但是這種異常并未影響蛋白本身在纖毛膜的分布,N-糖基化修飾并不影響FMG-1B在鞭毛中的定位。隨后利用原子力顯微鏡檢測發現,這三株N-糖基化修飾通路突變體的鞭毛粘附力相比野生型均顯著下降,尤其是雙突突變體(如圖1)。此外,還發現當鞭毛內部推動鞭毛滑行運動的反向馬達呈抑制狀態時鞭毛表面粘附固體基體的粘附力明顯增強,說明分子馬達給鞭毛滑行運動提供的是反向的推動力,而不是同向的牽引力。 

       

        1 N-糖基化修飾異常導致鞭毛表面粘附力顯著下降 

        A)探針檢測鞭毛粘附力的過程;(B)突變體與野生型的力譜峰圖比較; 

        C)比較突變體與野生型的粘附力;(D)比較突變體與野生型鞭毛粘附能量大小   

        出乎意料的是,在N-糖基化修飾通路突變體中鞭毛滑行速率以及分子馬達的運動沒有受到影響,說明鞭毛的粘附與鞭毛的滑行并不是完全偶聯的,鞭毛的粘附還可能參與其他的生物過程,如生物膜的形成,鞭毛與鞭毛以及鞭毛與其他固體物的相互作用等。該研究不僅建立了精確檢測鞭毛滑行運動速率以及在鞭毛滑行運動時鞭毛內部分子馬達的運輸速率及頻率的方法,而且還建立了利用原子力顯微鏡測定生物表面粘附力的方法。這為進一步研究鞭毛滑行運動機理打下了理論基礎。 

        該研究成果Altered N-glycan composition impacts flagella mediated adhesion in Chlamydomonas reinhardtii在線發表在elife 雜志上,水生所博士生徐南南和德國明斯特大學Anne Oltmanns 為該論文的共同第一作者,水生所黃開耀研究員和Michael Hippler教授為共同通訊作者。參與該項工作的還有英國利物浦大學的劉魯寧教授實驗室和德國Peter Hegemann 教授實驗室團隊。該研究得到中德科學基金和國家自然科學基金面上項目的資助。 

          文章鏈接:https://elifesciences.org/articles/58805 

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