鉴定微管蛋白多聚谷氨酰化酶复合物的一个组分,该组分是磷酸肌醇稳态及纤毛组装与维持所必需的

Identification of a component of the tubulin poly-glutamylase complex required for phosphoinositide homeostasis and cilium assembly and maintenance.

作者信息Binshad Badarudeen, Loren Collado, Hung-Ju Chiang, Lei Wang, Irma Sanchez, Brian David Dynlacht
PMID42140944
发布时间2026-05-15
DOI10.1038/s41467-026-73195-w

实验完整度

高

包含蛋白纯化与质谱、体外重构酶活、多种基因敲除细胞表型、结构预测及功能回补等多个证据层级

主要模型

hTERT-RPE1细胞 HEK293T细胞 TBC1D19、TTLL1、C11ORF49/CSTPP1、LRRC49/CSTPP2基因敲除RPE1细胞

重点核对

TBC1D19敲除后多聚谷氨酰化、纤毛组装及ARL13B/INPP5E纤毛定位的表型及TBC1D19回补效果 八亚基共表达重构TPGC多聚谷氨酰化活性,以及省略TBC1D19或KIAA1841后的活性变化 血清饥饿24 h或48 h诱导纤毛发生及血清再刺激后纤毛去组装的时间点 PIP5K1C抑制剂UNC3230(10 μM)、PI3K抑制剂LY-294002(1 μM)及PIP5K1A抑制剂ISA-2011B(1 μM或10 μM)的处理条件 免疫印迹和免疫荧光中GT335、PolyE、乙酰化微管蛋白、INPP5E、ARL13B等抗体的检测与定量方式

摘要

微管蛋白多聚谷氨酰化酶复合物(TPGC)由TTLL1和至少五个相关蛋白组成,这些蛋白促进谷氨酸残基添加到构成微管的微管蛋白亚基的羧基末端尾部。尽管该酶在二十年前就被发现,但由于其复杂的多聚体性质以及组装六亚基复合物后无法检测到多聚谷氨酰化酶活性,对其表征一直困难重重。我们现在表明,TPGC是驱动中心粒和纤毛多聚谷氨酰化的关键酶。我们鉴定了两个额外的TPGC亚基,TBC1D19和KIAA1841,并表明这两个组分在八亚基全酶组装中均发挥重要作用。我们能够用全部八个亚基重构TPGC的活性。TBC1D19和KIAA1841对TPGC活性至关重要,TBC1D19的缺失严重损害多种微管蛋白修饰,包括轴丝多聚谷氨酰化。TBC1D19缺失还消除了ARL13B和其他纤毛膜蛋白的运输,从而破坏初级纤毛组装。结构预测提示TBC1D19和KIAA1841在复合物组装、微管结合以及α-微管蛋白优先多聚谷氨酰化中发挥重要作用。我们发现TBC1D19缺失消除了磷脂酰肌醇磷酸酶INPP5E的纤毛定位,这与纤毛不稳定性同时发生。TBC1D19缺失细胞中的纤毛发生可通过抑制特定的磷脂酰肌醇磷酸(PIP)激酶PIP5K1C来恢复,提示TBC1D19在纤毛发生过程中是维持PIP稳态所必需的。总而言之,我们的数据表明TPGC是一种多功能酶,对纤毛组装和维持至关重要。

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
TPGC由哪些亚基组成,其如何组装成有活性的全酶,以及该复合物在纤毛组装和维持中的功能机制是什么。
核心机制
TBC1D19和KIAA1841是TPGC全酶组装与活性所必需的亚基;TBC1D19通过促进ARL13B和INPP5E的纤毛定位维持磷酸肌醇稳态,从而支持纤毛组装与稳定。
主要证据
通过GFP-TBC1D19亲和纯化与质谱鉴定复合物组分,八亚基共表达重构多聚谷氨酰化活性;TBC1D19敲除RPE1细胞显示多聚谷氨酰化、纤毛组装、ARL13B/INPP5E定位及纤毛稳定性缺陷,并可被TBC1D19回补或PIP5K1C抑制剂部分恢复。
研究意义
研究揭示了TPGC这一主要细胞微管蛋白多聚谷氨酰化酶的生物活性调控机制及其在纤毛发生中的作用,为理解微管修饰与纤毛相关过程提供了机制见解。

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

鉴定TPGC新亚基

确定TPGC全酶的完整亚基组成

在稳定表达GFP-TBC1D19的RPE1细胞中通过GFP-trap纯化蛋白并进行质谱测序,结合共免疫沉淀和免疫印迹验证相互作用。

2

AlphaFold3结构预测

预测全酶亚基间相互作用及与微管蛋白的对接方式

使用AlphaFold3预测TPGC八亚基复合物、亚复合物及与α/β-微管蛋白二聚体的相互作用,并采用逐一去除亚基的策略评估各亚基作用。

3

体外重构TPGC多聚谷氨酰化活性

验证八亚基组合能否重构多聚谷氨酰化酶活性并确定关键亚基

在HEK293T细胞中共表达八个表位标记亚基的不同组合,检测细胞多聚谷氨酰化水平及各亚基稳定性。

4

TBC1D19敲除细胞表型分析

确定TBC1D19对微管蛋白修饰和纤毛组装的影响

用CRISPR构建TBC1D19和TTLL1敲除RPE1细胞,血清饥饿诱导纤毛,免疫印迹和免疫荧光检测多聚谷氨酰化、乙酰化、去酪氨酸化及纤毛标志物。

5

纤毛超微结构与稳定性分析

评估TBC1D19缺失对纤毛形态和稳定性的影响

透射电子显微镜观察血清饥饿后纤毛结构;血清再刺激后不同时间点计数纤毛以评估去组装速率。

6

磷酸肌醇稳态与纤毛蛋白运输分析

探究TBC1D19缺失导致纤毛缺陷的机制

检测INPP5E、ARL13B、IFT140、SMO、TULP3、MCHR1的纤毛定位及PI(4)P、PI(4,5)P2分布,并用PIP5K1C、PI3K、PIP5K1A抑制剂处理。

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
Q Exactive HF-X质谱仪Thermo Scientific--
EVOSEP1112色谱柱----
GFP-trap琼脂糖珠Proteintech--
Lipofectamine RNAiMax转染试剂Invitrogen13778075
UNC3230TargetMolT15597
ISA-2011BTargetMolT23498
LY-294002盐酸盐SigmaL9908
遗传霉素G418Fisher ScientificAC329400010
SAGMedChemExpressHY-12848
TubacinMedChemExpressHY-13428
碘化丙啶SigmaP4170
RNA酶ASigmaR5503
AF488标记驴抗兔IgGInvitrogenA21206
AF647标记驴抗小鼠IgGInvitrogenA31571
AF488标记驴抗山羊IgGInvitrogenA11055
Cy3标记驴抗小鼠IgGJackson ImmunoResearch715-165-150
Cy3标记驴抗兔IgGJackson ImmunoResearch711-165-152
兔抗Flag抗体SigmaF7425
小鼠抗Flag抗体SigmaF1804
小鼠抗α-微管蛋白抗体SigmaT5168
小鼠抗乙酰化微管蛋白抗体SigmaT7451
小鼠抗γ-微管蛋白抗体SigmaT6557
兔抗γ-微管蛋白抗体SigmaT3559
兔抗C11ORF49/CSTPP1抗体SigmaHPA040051
山羊抗GFP抗体Abcamab5450
兔抗LRRC49/CSTPP2抗体Abcamab189250
兔抗TPGS1抗体Abcamab184178
兔抗Smoothened抗体Abcamab38686
小鼠抗去酪氨酸化α-微管蛋白抗体[AA12]Abcamab254154
小鼠抗α-微管蛋白抗体Proteintech66031-1-Ig
兔抗ARL13B抗体Proteintech17711-1-AP
兔抗Rab8a抗体Proteintech55296-1-AP
兔抗Centrin-1抗体Proteintech12794-1-AP
兔抗IFT88抗体Proteintech13967-1-AP
兔抗IFT140抗体Proteintech17460-AP
小鼠抗β-肌动蛋白抗体Proteintech66009-1-Ig
小鼠抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
兔抗CCP1抗体Proteintech14067-1-AP
兔抗TBC1D19抗体Proteintech21085-1-AP
兔抗TULP3抗体Proteintech13637-1-AP
兔抗TCTN1抗体Proteintech15004-1-AP
兔抗MKS3抗体Proteintech13975-1-AP
兔抗CEP164抗体Proteintech22227-1-AP
小鼠抗GFP抗体Proteintech66002-1-Ig
兔抗RPGRIP1L抗体Proteintech55160-1-AP
兔抗GFP抗体InvitrogenA-6455
兔抗TTLL1抗体InvitrogenPA5-27285
兔抗mCherry抗体NovusNBP2-25157SS
小鼠抗多聚谷氨酰化微管蛋白抗体(GT335)AdipogenAG-20B-0020-C100
兔抗PolyE抗体AdipogenA26381411
小鼠抗PCM1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-398365
小鼠抗Rab34抗体Santa Cruz Biotechnologysc-376710
兔抗去酪氨酸化微管蛋白抗体MilliporeAB3201
小鼠抗Centrin抗体Millipore04-1624
小鼠抗Arl13b抗体Addgene180085
兔抗MyoVa抗体NovusNBP1-92156
兔抗CEP290抗体Bethyl laboratoriesA301-659A
抗PtdIns(4,5)P2抗体Echelon Biosciences Research LabsZP04510

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
细胞培养与纤毛诱导
细胞系来源(ATCC)、培养基(DMEM/F12或DMEM加10% FBS)、血清饥饿时间(24 h或48 h)
阅读提示:Methods中Cell culture and generation of knock-out cells小节
基因敲除细胞构建
sgRNA序列(sgCTL、sgTBC1D19、sgTTLL1)、慢病毒感染与单细胞克隆筛选流程
阅读提示:Methods中Cell culture and generation of knock-out cells小节
TPGC活性重构
共表达的八个亚基组合、HEK293T细胞转染条件、免疫印迹检测时间点
阅读提示:Results中Reconstitution of holo-TPGC poly-glutamylase activity小节及Fig. 1c
抑制剂处理与纤毛表型
UNC3230(10 μM)、LY-294002(1 μM)、ISA-2011B(1 μM或10 μM)的浓度与处理时长、SAG(200 nM)处理条件
阅读提示:Fig. 5f、Fig. 6c及Methods中Plasmids, siRNA, and chemicals小节
免疫荧光与电镜观察
固定方式(冷甲醇或10%福尔马林)、抗体稀释比例、血清饥饿与再刺激时间点、TEM切片厚度(100 nm)
阅读提示:Methods中Immunofluorescence microscopy和Electron microscopy小节