8月1日，Journal of the American Society of Nephrology在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）研究員張榮光課題組的最新研究成果——Phase Separation of MAGI2-Mediated Complex Underlies Formation of Slit Diaphragm Complex in Glomerular Filtration Barrier。該研究揭示了液-液相分離在腎臟足細胞裂孔隔膜形成與維持過程中的重要生物學功能。

腎單位是腎臟的結構與功能的基本單位，其中，腎小球毛細血管壁由三層不同類型的細胞及細胞間質構成，由內向外分別是：內皮細胞（fenestrated endothelial cell）、基底膜（glomerular basement membrane, GBM）、上皮細胞（epithelial cell），共同組成腎小球過濾系統(tǒng)（glomerular filtration barrier, GFB）。內皮細胞薄而密布特化的小孔，這是腎小球濾過作用的第一道屏障，由細胞外基質構成的基底膜是該過濾系統(tǒng)的第二道屏障，相鄰的內皮細胞及上皮細胞是合成分泌與維持基底膜結構與功能穩(wěn)定的主要來源。上皮細胞高度特化，細胞邊緣極不規(guī)則，如細胞伸出的偽足，故稱為足細胞（podocyte）。典型的成熟足細胞可以明顯分為細胞體、主要突起、足突（foot process）三個部分。相鄰足細胞的足突相互交錯，通過裂孔隔膜（slit diaphragm, SD）連接。裂孔隔膜是相鄰足細胞之間的一種特殊的細胞連接結構，為防止蛋白丟失所建立的最后一道過濾屏障。目前，已有多種蛋白質分子在該結構中被鑒定，但具體的功能及調控機制尚不清晰。每個裂孔隔膜的細胞質一側都有一個高電子密度且富含蛋白質的區(qū)室結構，這對于裂孔隔膜的完整性和信號轉導具有重要意義。同時，現(xiàn)已確認多個參與編碼無膜區(qū)室成分的相關基因突變與腎小球疾病的發(fā)生相關。因此，該區(qū)域通過什么樣的機制形成致密區(qū)是一個重要的、但未得到解決的科學問題。

該研究發(fā)現(xiàn)MAGI2——一個在裂孔隔膜區(qū)域特異表達的屬于MAGUK家族成員的支架蛋白能夠自主發(fā)生液-液相分離現(xiàn)象；進一步探究發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象由DY loop中的酪氨酸殘基與部分PDZ結構域表面的精氨酸殘基之間的多價相互作用所介導。隨后，研究人員鑒定了MAGI2與Dendrin之間的直接相互作用，并解析了MAGI2-Dendrin的復合物晶體結構。結構顯示，MAGI2串聯(lián)的WW結構域與Dendrin串聯(lián)的PPxY序列形成特異相互作用。此外，研究人員還對Dendrin與CD2AP之間的相互作用進行了研究，有趣的是，CD2AP也可以自主發(fā)生液-液相分離現(xiàn)象，研究人員探究了其中的分子機制。體內和體外實驗同時證明，MAGI2-Dendrin-CD2AP復合物之間的多價相互作用驅動高密度SD區(qū)域凝聚物的形成。重構的該凝聚物可以有效募集跨膜蛋白Nephrin，同時與F-actin相互作用。腎病綜合征相關的MAGI2突變體干擾了該凝聚物的形成，從而導致對Nephrin的募集作用受到損傷。

綜上，該研究通過綜合運用生物化學、結構生物學和細胞生物學等方法，系統(tǒng)研究了裂孔隔膜關鍵成分之間的相互作用，鑒定并組裝了一條全新的信號通路，提出了多個基因突變都會導致先天性腎病綜合征的可能解釋。液-液相分離形式的發(fā)現(xiàn)及引入將會為足細胞間獨特的細胞連接——裂孔隔膜的生理機制研究提供更科學的解釋，相關腎病綜合征的發(fā)病機制能夠獲得一定的解答。

該研究得到國家自然科學基金委、科學技術部、中科院和香港RGC的支持。

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SD相關蛋白復合物介導形成的裂孔隔膜模式圖

來源： 分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心