三篇NCB挑战此前结论 | Lis1蛋白对动力蛋白复合体dynein的活性调控
撰文、责编 | 酶美
动力蛋白dynein是细胞内超大蛋白质机器，组装后的复合体近~4 MDa。Dynein主要分布在细胞质和细胞皮层下，在众多生物学过程发挥重要功能【1】。细胞质分布dynein主要负责沿微管系统朝向其负端运输囊泡和细胞器。具体来讲，dynein中心组分 (1.4 MDa) 为N端的重链二聚体、C端的6个AAA蛋白形成的催化环形结构以及两者中间的各种接头蛋白形成的螺旋卷杆结构部分。此外，dynactin动力激活蛋白复合体也结合于dynein上调节活性并连接更多种的货物蛋白。Dynein在细胞内承担了多项重要工作，它拥有多种构象（如下图所示），活性和运输速度调控非常复杂。因此对dynein的研究中，体外系统实验必不可少。经典的体外实验（in vitro，拉丁语义within glass 在玻璃瓶）中科学家将微管固定于玻片上，获得组装的dynein复合体，再加入不同调控组分，通过单分子TIRF成像，测量其沿着微管步移速度甚至拉力。结合在体功能实验，我们得以窥探动力蛋白活性调控的秘密。
4月28日，Nature Cell Biology同时在线发表了三篇文章，研究者揭示Lis1（Lissencephaly-1）蛋白对dynein复合体组装有正向促进作用而非以前认为的抑制功能。作者结合体外实验、冷冻电镜构象观察等实验，发现Lis1可稳定/参与组成dynein复合体的开放构象，并激活dynein-dynactin的组装，从而使这一蛋白质机器沿着微管高速运动。
Dynein中心组分的体外组装也是近五六年发展起来的。2014年，Role Vale和Andrew P Carter/Simon L Bullock分别在Science【2】和EMBO【3】发文，研究成果展示了dynein形成二聚体，从而增加与dynactin的亲和性。他们在体外组成了dynein-dynactin-BICD2（接头蛋白）复合体，并测量其步移速度和拉力生成。而单颗粒冷冻电镜则对复合体构象进行直接观察，dynein复合体形成二聚体再与一个dynactin形成超复合体。随着冷冻电镜技术和结构解析算法的发展，在众多核心期刊发表近原子精度的dynein超大复合体多种结构。
本次三篇NCB文章则着重探究Lis1蛋白对dynein复合体活性的调控，主要实验手段还是冷冻电镜和体外单分子成像。总结来说，Lis1对dynein的激活调控功能如下：
Dynein有很多重要功能，而细胞内观察和测量干扰受限太多。体外实验的发展让科学家能一步一步追踪Dynein构象和功能调节的变化。随着新技术手段开发和已有实验的精进，科学家能够反复对基础、重要细胞生物学过程进行探索，并获得新的认识。
原文链接：
1. https://doi.org/10.1038/s41556-020-0501-4
2. https://doi.org/10.1038/s41556-020-0492-1
3. https://doi.org/10.1038/s41556-020-0506-z
参考文献
1. Reck-Peterson, S. L., Redwine, W. B., Vale, R. D. & Carter, A. P. The cytoplasmic dynein transport machinery and its many cargoes. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 19, 382–398 (2018).
2. Schlager, M. A., Hoang, H. T., Urnavicius, L., Bullock, S. L. & Carter, A. P. In vitro reconstitution of a highly processive recombinant human dynein complex. EMBO J. 33, 1855–1868 (2014).
3. Mckenney, R. J., Huynh, W., Tanenbaum, M. E., Bhabha, G. & Vale, R. D. Activation of cytoplasmic dynein motility by dynactin-cargo adapter complexes. Science 345, 337–341 (2014).