8月1日，Journal of the American Society of Nephrology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)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(xì)胞裂孔隔膜形成與維持過程中的重要生物學(xué)功能。

腎單位是腎臟的結(jié)構(gòu)與功能的基本單位，其中，腎小球毛細(xì)血管壁由三層不同類型的細(xì)胞及細(xì)胞間質(zhì)構(gòu)成，由內(nèi)向外分別是：內(nèi)皮細(xì)胞（fenestrated endothelial cell）、基底膜（glomerular basement membrane, GBM）、上皮細(xì)胞（epithelial cell），共同組成腎小球過濾系統(tǒng)（glomerular filtration barrier, GFB）。內(nèi)皮細(xì)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(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成的基底膜是該過濾系統(tǒng)的第二道屏障，相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞及上皮細(xì)胞是合成分泌與維持基底膜結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定的主要來源。上皮細(xì)胞高度特化，細(xì)胞邊緣極不規(guī)則，如細(xì)胞伸出的偽足，故稱為足細(xì)胞（podocyte）。典型的成熟足細(xì)胞可以明顯分為細(xì)胞體、主要突起、足突（foot process）三個部分。相鄰足細(xì)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(xì)胞之間的一種特殊的細(xì)胞連接結(jié)構(gòu)，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(zhì)分子在該結(jié)構(gòu)中被鑒定，但具體的功能及調(diào)控機(jī)制尚不清晰。每個裂孔隔膜的細(xì)胞質(zhì)一側(cè)都有一個高電子密度且富含蛋白質(zhì)的區(qū)室結(jié)構(gòu)，這對于裂孔隔膜的完整性和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有重要意義。同時，現(xiàn)已確認(rèn)多個參與編碼無膜區(qū)室成分的相關(guān)基因突變與腎小球疾病的發(fā)生相關(guān)。因此，該區(qū)域通過什么樣的機(jī)制形成致密區(qū)是一個重要的、但未得到解決的科學(xué)問題。

該研究發(fā)現(xiàn)MAGI2——一個在裂孔隔膜區(qū)域特異表達(dá)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(jìn)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(jié)構(gòu)域表面的精氨酸殘基之間的多價相互作用所介導(dǎo)。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(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)顯示，MAGI2串聯(lián)的WW結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jī)制。體內(nèi)和體外實驗同時證明，MAGI2-Dendrin-CD2AP復(fù)合物之間的多價相互作用驅(qū)動高密度SD區(qū)域凝聚物的形成。重構(gòu)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(guān)的MAGI2突變體干擾了該凝聚物的形成，從而導(dǎo)致對Nephrin的募集作用受到損傷。

綜上，該研究通過綜合運(yùn)用生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等方法，系統(tǒng)研究了裂孔隔膜關(guān)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(dǎo)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(xì)胞間獨(dú)特的細(xì)胞連接——裂孔隔膜的生理機(jī)制研究提供更科學(xué)的解釋，相關(guān)腎病綜合征的發(fā)病機(jī)制能夠獲得一定的解答。

該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科學(xué)技術(shù)部、中科院和香港RGC的支持。

論文鏈接

SD相關(guān)蛋白復(fù)合物介導(dǎo)形成的裂孔隔膜模式圖

來源： 分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心