纤毛病相关B9蛋白复合物调控纤毛轴丝微管翻译后修饰及纤毛发生的启动

Ciliopathy-related B9 protein complex regulates ciliary axonemal microtubule posttranslational modifications and initiation of ciliogenesis

作者信息Ruida He, Yan Li, Minjun Jin, Huike Jiao, Yue Shen, Qize Han, Xilang Pan, Suning Wang, Zaisheng Lin, Jingshi Li, Chao Lu, Dan Meng, Zongfu Cao, Qing Shang, Nan Lv, Kai Wan, Huafang Gao, Xu Ma, Haiyan Yin, Haishuang Chang, Liang Wang, Minna Luo, Junmin Pan, Chengtian Zhao, Muqing Cao
PMID41165761
发布时间2025-10-30
DOI10.1172/JCI196365

实验完整度

包含体外细胞模型(RPE1、HEK293T、NIH-3T3)和体内斑马鱼模型,结合功能验证(CRISPR敲除、回补实验)和机制验证(Co-IP、质谱、蛋白定位和修饰分析)。

主要模型

hTERT-RPE1细胞 HEK293T细胞 NIH-3T3细胞 斑马鱼b9d2突变体

重点核对

B9D2、MKS1、B9D1和TMEM67基因敲除RPE1细胞系的构建 B9D2变异体(WT、D47V、R75W、S101R)的稳定表达 血清饥饿48小时诱导纤毛发生的条件 轴丝微管乙酰化和多聚谷氨酰化的免疫荧光定量 TZ定位和CP110移除的检测

摘要

纤毛功能障碍导致多器官发育疾病,统称为纤毛病。B9D1-B9D2-MKS1蛋白复合物维持纤毛过渡区(TZ)的闸门功能。然而,B9蛋白的功能以及同一B9基因中不同变异导致不同纤毛病的机制尚未完全了解。在此,我们研究了B9蛋白的功能,并揭示了两个关键功能。首先,B9复合物与TMEM67相互作用并将其锚定到TZ膜上。B9-TMEM67复合物的破坏由于纤毛内微管修饰酶的失调而减少了轴丝微管的翻译后修饰。其次,B9蛋白在纤毛发生前定位于中心粒,在那里它们促进纤毛发生的启动。此外,我们在一个Joubert综合征患者队列中鉴定了B9D2变异。我们发现,与Joubert综合征相关的B9D2变异主要影响轴丝微管修饰而不破坏纤毛发生,而与Meckel综合征相关的B9D2变异则同时破坏纤毛发生和轴丝微管修饰。因此,除了作为纤毛膜蛋白的闸门外,B9复合物还控制轴丝微管的翻译后修饰和纤毛发生的早期阶段,为同一基因不同变异引起的不同病理提供了见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
B9蛋白复合物在纤毛发生和轴丝微管翻译后修饰中的功能及其不同变异导致不同纤毛病的机制。
核心机制
B9复合物通过锚定TMEM67到TZ维持TZ屏障完整性,阻止HDAC6等胞质酶进入纤毛,从而维持轴丝微管的乙酰化和多聚谷氨酰化修饰;同时B9蛋白定位于母中心粒,促进前纤毛囊泡对接和CP110移除,启动纤毛发生。
主要证据
基于RPE1细胞敲除和回补实验,以及斑马鱼突变体,免疫荧光和免疫印迹显示B9或TMEM67缺失导致轴丝微管乙酰化和多聚谷氨酰化降低,HDAC6异常进入纤毛,CP110未能移除;患者B9D2变异功能分析表明JBTS变异仅影响TZ完整性,而MKS变异同时影响纤毛发生和TZ。
研究意义
揭示B9复合物在纤毛轴丝微管修饰和纤毛发生早期的作用,为理解B9相关纤毛病的不同病理机制提供见解。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

B9蛋白缺失对轴丝微管修饰的影响

确定B9蛋白是否调控轴丝微管的翻译后修饰

使用CRISPR/Cas9在RPE1细胞中敲除B9D2、MKS1和B9D1,并通过免疫荧光检测纤毛中乙酰化和多聚谷氨酰化微管的水平,同时通过免疫印迹检测全细胞蛋白质修饰水平。

2

斑马鱼b9d2突变体的表型分析

验证B9蛋白功能在体内的作用

使用CRISPR/Cas9生成斑马鱼b9d2突变体,并通过母源合子突变体分析纤毛数量、轴丝微管修饰和脊柱弯曲等表型。

3

B9复合物与TMEM67的相互作用和功能

确定B9复合物是否通过锚定TMEM67来维持TZ功能和微管修饰

通过免疫共沉淀和质谱分析鉴定B9复合物相互作用蛋白,验证TMEM67与B9蛋白的相互作用,并检测TMEM67敲除后微管修饰和纤毛蛋白定位的变化。

4

TZ屏障破坏导致HDAC6进入纤毛和纤毛稳定性降低

测试TZ屏障对可溶性蛋白的排除作用及其对纤毛稳定性的影响

在WT和B9D2-KO或TMEM67-KO细胞中稳定表达HDAC6,通过免疫荧光检测其在纤毛内的定位;使用tubacin或siRNA抑制HDAC6,检测微管修饰恢复情况;通过血清再刺激实验和时间-lapse成像评估纤毛稳定性。

5

B9蛋白在纤毛发生早期的作用

确定B9蛋白在中心粒和早期纤毛发生中的功能

通过透射电子显微镜观察母中心粒和纤毛结构;通过免疫荧光和SIM检测CP110定位,分析B9蛋白在中心粒上的定位。

6

患者B9D2变异的功能分析

比较JBTS和MKS相关B9D2变异对蛋白功能的影响

将WT和变异B9D2(D47V、R75W、S101R等)在B9D2-KO细胞中稳定表达,分析纤毛发生、蛋白稳定性、TZ定位、与MKS1/B9D1的相互作用以及对微管修饰和纤毛蛋白的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基BasalMediaL110J
胎牛血清ExCell BioFSP500
青霉素/链霉素HycloneSV30010
DMEM/F12 1:1混合培养基Sigma-AldrichD8437
慢病毒CRISPR载体----
psPAX2包装质粒Addgene12260
MD2.g包膜质粒Addgene12259
聚乙烯亚胺Polysciences Inc.24765-2
Lipocat2000转染试剂Aoqing BiotechnologyAQ11668
聚凝胺Santa Cruz Biotechnologysc-134220
嘌呤霉素----
杀稻瘟菌素----
MEGAshortscript T7转录试剂盒AmbionAM1354
mMESSAGE mMACHINE T3转录试剂盒AmbionAM1348
FLAG M2磁珠Sigma-AldrichA2220
HA磁珠MilliporeSigmaA2095
TRIzol试剂Life Technologies15596018
HiScript II Q RT SuperMix逆转录试剂盒VazymeR223-01
SYBR Green Premix Pro Taq HS qPCR试剂盒Accurate BiotechnologyAG11720
qTower 3实时PCR热循环仪Analytik Jena--
QuantStudio 3实时PCR系统Applied Biosystems--
QuantStudio 5实时PCR系统Applied Biosystems--
DAPI染色液Sigma-Aldrich--
FV3000共聚焦显微镜Olympus--
HIS-SIM显微镜CSR Biotech--
4孔玻璃底培养皿JingAn BiologicalJ40204
IX83倒置显微镜Olympus--
MatTek培养皿MatTekP35G-1.5-20-C
环氧树脂812Shell Chemical--
Leica UC7超薄切片机Leica--
H-7650透射电子显微镜Hitachi--
Zeiss LSM980共聚焦显微镜Zeiss--
Leica TCS-SP8共聚焦显微镜Leica--
QIAamp DNA血液迷你试剂盒QIAGEN51104
SureSelect人全外显子V6试剂盒Agilent Technologies5190
NovaSeq 6000测序仪Illumina--
抗多聚谷氨酰化修饰抗体AdipoGenAG-20B-0020-C100
抗乙酰化微管蛋白抗体Sigma-AldrichT7451
抗FLAG抗体Sigma-AldrichF1804
抗α-微管蛋白抗体Proteintech66031-1-Ig
山羊抗小鼠IRDye 680RD二抗LI-COR926-68070
抗乙酰化微管蛋白抗体Sigma-AldrichT6793
抗CEP164抗体Proteintech22227-1-AP
抗ARL13B抗体Proteintech17711-1-AP
抗TMEM67抗体Proteintech13975-1-AP
抗TCTN1抗体Proteintech15004-1-AP
抗CEP290抗体Proteintech17797-1-AP
抗RPGRIP1L抗体Proteintech55160-1-AP
抗CP110抗体Proteintech12780-1-AP
抗GFP标签抗体Proteintechgb2AF488

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与基因敲除
细胞系:hTERT-RPE1;敲除基因:B9D2、MKS1、B9D1、TMEM67;sgRNA序列;敲除效率验证
阅读提示:Methods - Cell culture 和 CRISPR/Cas9部分
纤毛诱导
血清饥饿时间:48小时;血清浓度:0.5%
阅读提示:Methods - Cell culture 和 Immunofluorescence部分
轴丝微管修饰检测
抗体:抗乙酰化微管蛋白(T6793)和多聚谷氨酰化抗体(AG-20B-0020-C100);免疫荧光定量方法
阅读提示:Methods - Antibodies 和 Image analysis部分
蛋白表达与定位
稳定表达B9D2变异体的细胞系;FLAG标签检测;TZ定位定量
阅读提示:Methods - Cell culture 和 Results - 图6、图7 legends
相互作用验证
Co-IP条件:HEK293T细胞,FLAG或HA标签,IP缓冲液成分
阅读提示:Methods - Co-IP assays部分
斑马鱼实验
注射剂量:50 pg sgRNA和100 pg Cas9 mRNA;观察时间:72 hpf;母源合子突变体获得
阅读提示:Methods - Zebrafish experiments部分