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关键轴丝微管内蛋白和动力蛋白 docking 复合物成员的定位和功能揭示了脊椎动物运动纤毛之间的广泛多样性。

Localisation and function of key axonemal microtubule inner proteins and dynein docking complex members reveal extensive diversity among vertebrate motile cilia.

机构信息

Institute of Molecular and Cell Biology, Agency for Science, Technology and Research, Proteos, 61 Biopolis Drive, Singapore138673.

Laboratory for Organismal Patterning, RIKEN Centre for Biosystems Dynamics Research, 2-2-3 Minatojima-minamimachi, Chuo-Ku, Kobe 650-0005, Japan.

出版信息

Development. 2024 Jul 15;151(14). doi: 10.1242/dev.202737.

DOI:10.1242/dev.202737
PMID:39007638
Abstract

Vertebrate motile cilia are classified as (9+2) or (9+0), based on the presence or absence of the central pair apparatus, respectively. Cryogenic electron microscopy analyses of (9+2) cilia have uncovered an elaborate axonemal protein composition. The extent to which these features are conserved in (9+0) cilia remains unclear. CFAP53, a key axonemal filamentous microtubule inner protein (fMIP) and a centriolar satellites component, is essential for motility of (9+0), but not (9+2) cilia. Here, we show that in (9+2) cilia, CFAP53 functions redundantly with a paralogous fMIP, MNS1. MNS1 localises to ciliary axonemes, and combined loss of both proteins in zebrafish and mice caused severe outer dynein arm loss from (9+2) cilia, significantly affecting their motility. Using immunoprecipitation, we demonstrate that, whereas MNS1 can associate with itself and CFAP53, CFAP53 is unable to self-associate. We also show that additional axonemal dynein-interacting proteins, two outer dynein arm docking (ODAD) complex members, show differential localisation between types of motile cilia. Together, our findings clarify how paralogous fMIPs, CFAP53 and MNS1, function in regulating (9+2) versus (9+0) cilia motility, and further emphasise extensive structural diversity among these organelles.

摘要

脊椎动物的运动纤毛分为(9+2)或(9+0),分别基于中央对装置的存在与否。(9+2)纤毛的低温电子显微镜分析揭示了复杂的轴丝蛋白组成。这些特征在(9+0)纤毛中是否保守尚不清楚。CFAP53 是关键的轴丝丝状微管内蛋白(fMIP)和中心粒卫星组件,对于(9+0)纤毛的运动是必需的,但对于(9+2)纤毛则不是。在这里,我们表明在(9+2)纤毛中,CFAP53 与一个同源的 fMIP,MNS1 具有冗余功能。MNS1 定位于纤毛轴丝,并且在斑马鱼和小鼠中这两种蛋白的联合缺失导致(9+2)纤毛的外动力臂严重缺失,显著影响其运动。通过免疫沉淀,我们证明尽管 MNS1 可以与自身和 CFAP53 结合,但 CFAP53 不能自我结合。我们还表明,其他轴丝动力蛋白相互作用蛋白,两个外动力臂对接(ODAD)复合物成员,在不同类型的运动纤毛之间显示出不同的定位。总之,我们的研究结果阐明了同源 fMIPs、CFAP53 和 MNS1 如何在调节(9+2)与(9+0)纤毛运动方面发挥作用,并进一步强调了这些细胞器之间广泛的结构多样性。

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