山師冉杰/劉敏團(tuán)隊(duì)解鎖纖毛穩(wěn)態(tài)關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制

纖毛是微管基細(xì)胞器，參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)/功能異常會(huì)導(dǎo)致不孕、多囊腎病、神經(jīng)退行性疾病等纖毛病，但調(diào)控纖毛穩(wěn)態(tài)的翻譯后修飾網(wǎng)絡(luò)尚未完全明確。UFMylation是一種泛素化樣修飾，通過UFM1與靶蛋白共價(jià)結(jié)合發(fā)揮作用，核心酶包括 E1（UBA5）、E2（UFC1）、E3（UFL1），其異常與多種疾病相關(guān)，但在纖毛調(diào)控中的作用未知。IFT88 蛋白是纖毛內(nèi)運(yùn)輸復(fù)合物 IFT-B 的核心成分，對(duì)纖毛組裝和維持至關(guān)重要，IFT88 突變會(huì)導(dǎo)致胚胎致死、多囊腎病等，目前僅發(fā)現(xiàn)泛素化一種翻譯后修飾。2025年11月，山東師范大學(xué)冉杰/劉敏團(tuán)隊(duì)在Cell Death and Differentiation (IF 15.4)雜志上發(fā)表題為“UFL1-mediated UFMylation antagonizes IFT88 ubiquitination and degradation to maintain ciliary homeostasis”的文章，研究結(jié)果確定了IFT88 UFM化在纖毛穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵作用，并為人類纖毛病提供了新的見解。

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病毒產(chǎn)品：Ad-CMV-Cre

感染細(xì)胞：小鼠胚胎成纖維細(xì)胞

感染時(shí)間：12h

研究結(jié)果

1.UFL1是纖毛穩(wěn)態(tài)不可或缺的中心體成分

研究人員首先利用 Ufl1flox/flox、CAG-Cre 小鼠構(gòu)建Ufl1條件性敲除模型，與野生型對(duì)照組相比，雄性和雌性Ufl1基因敲除小鼠的生育能力顯著降低并發(fā)生精子缺陷，表明UFL1對(duì)于維持精子形態(tài)、活力和整體生殖能力不可或缺。不僅如此，Ufl1基因缺失還影響小鼠，其他纖毛組織正常功能，包括腦部出現(xiàn)腦室擴(kuò)張、骨骼發(fā)育異常、心臟傳導(dǎo)缺陷、尤為嚴(yán)重的腎臟病理以及視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)異常與功能受損。這些結(jié)果提示UFL1可能通過其在纖毛穩(wěn)態(tài)中的作用來維持組織完整性。通過分析各種組織中的運(yùn)動(dòng)纖毛，發(fā)現(xiàn)Ufl1敲除小鼠多組織中呈現(xiàn)纖毛缺陷。進(jìn)一步將表達(dá)Cre重組蛋白的腺病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（MEFs），構(gòu)建Ufl1敲除MEF，與野生型細(xì)胞相比，Ufl1敲除的MEF表現(xiàn)出明顯的纖毛缺陷，包括纖毛長(zhǎng)度減少和纖毛細(xì)胞百分比減少。此外，在RPE1和NIH/3T3細(xì)胞中，用兩種獨(dú)立siRNA敲低UFL1，可復(fù)現(xiàn)敲除模型中的纖毛缺陷；過表達(dá)UFL1則能有效挽救該缺陷；亞細(xì)胞定位顯示UFL1定位于中心體/基體。上述結(jié)果證實(shí)UFL1作為中心體成分，是維持纖毛正常形成和穩(wěn)態(tài)的必需因子。

UFL1定位于基體并促進(jìn)纖毛形成

2.UFL1與IFT88相互作用并介導(dǎo)IFT88 UFM化

接下來，研究團(tuán)隊(duì)探索了UFL1調(diào)節(jié)纖毛穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制。免疫沉淀實(shí)驗(yàn)證實(shí)小鼠睪丸組織、RPE1細(xì)胞、NIH/3T3細(xì)胞中內(nèi)源性UFL1與IFT88存在相互作用；HEK293T細(xì)胞中異源表達(dá)的HA-UFL1與GFP-IFT88可結(jié)合；GST pull-down實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)二者在體外直接相互作用。通過定位關(guān)鍵結(jié)合區(qū)域確定UFL1的 201-400aa結(jié)構(gòu)域是與IFT88結(jié)合的核心區(qū)域，而IFT88的第二個(gè)四肽重復(fù)序列（TPR2）結(jié)構(gòu)域是其與UFL1相互作用的必需區(qū)域。進(jìn)一步的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)IFT88是UFL1介導(dǎo)的UFMylation底物，IFT88主要在K572殘基處經(jīng)歷UFM化，UFMylation不影響其定位。研究人員發(fā)現(xiàn)UFL1缺失導(dǎo)致IFT88蛋白水平顯著下降，但mRNA水平無變化，提示調(diào)控發(fā)生在翻譯后階段；蛋白穩(wěn)定性等實(shí)驗(yàn)顯示，UFL1介導(dǎo)的UFM化通過阻斷其經(jīng)由泛素-蛋白酶體途徑的降解增強(qiáng)IFT88的穩(wěn)定性。

UFL1在體內(nèi)外與IFT88相互作用并介導(dǎo)IFT88 UFM化

3.UFM化通過PJA2拮抗IFT88泛素化以維持纖毛穩(wěn)態(tài)

使用泛素點(diǎn)突變體（K48-only、K63-only）分析證實(shí)UFL1缺失誘導(dǎo)的IFT88泛素化主要為K48連接型，使用UbIRowser軟件預(yù)測(cè)結(jié)合課題組蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)鑒定出三個(gè)候選E3：PJA2、XIAP及HUWE1，siRNA敲低三者均顯著降低IFT88泛素化，但僅在PJA2敲低時(shí)，K572R突變完全消除IFT88泛素化的降低效應(yīng)，XIAP或HUWE1敲低則無此特異性，表明PJA2是在K572位點(diǎn)介導(dǎo)IFT88泛素化的主要E3。在IFT88的K572位點(diǎn)上，UFL1介導(dǎo)的UFMylation與PJA2介導(dǎo)的泛素化之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，二者共同調(diào)控IFT88的穩(wěn)定性。進(jìn)一步的探索發(fā)現(xiàn)UFL1與PJA2競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合IFT88，從而促進(jìn)IFT88 UFM化，減少其泛素化，并通過防止蛋白酶體降解來增強(qiáng)其蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，并且UFL1介導(dǎo)的IFT88 UFMylation在維持纖毛穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

IFT88 UFM化通過拮抗PJA2對(duì)其的泛素化來維持纖毛穩(wěn)態(tài)

研究結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)IFT88的UFL1介導(dǎo)型UFMylation修飾是維持纖毛穩(wěn)態(tài)的必需條件。UFMylation修飾可通過拮抗IFT88的泛素化修飾，阻止其被蛋白酶體降解。這些研究結(jié)果凸顯了UFMylation與泛素化之間的相互作用在調(diào)控纖毛穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵作用，并為理解纖毛病的發(fā)病機(jī)制提供了新的見解。