跳到主要内容
访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
细胞生物学杂志。2000年10月30日；151(3): 709–718.
数字对象标识：10.1083/jcb.151.3.709
预防性维修识别码：项目经理2185580
PMID：11062270

衣原体IFT88及其小鼠同源物，多囊肾病基因玻璃钢737，Cilia和Flagella组装所需

格雷戈里·帕佐,一 贝萨尼·L·迪克特,一 伊冯·武西卡,b条 E.斯科特·西利,b条 乔尔·罗森鲍姆,b条 乔治·B·威特曼,一和道格拉斯·科尔c（c）
作者信息 文章注释 版权和许可证信息 PMC免责声明

摘要

鞭毛内转运（IFT）是多亚单位蛋白颗粒沿鞭毛微管的快速运动，是真核生物鞭毛组装和维持所必需的。我们克隆并测序了一个衣原体属编码IFT颗粒IFT88亚单位的cDNA，并鉴定出衣原体缺失该基因的插入突变体。除了完全没有鞭毛外，该突变体的表型正常。IFT88与小鼠和人类的基因Tg737同源。Tg737缺陷小鼠出生后不久死于多囊肾病。我们发现Tg737突变小鼠肾脏中的初级纤毛比正常小鼠短。这表明IFT对哺乳动物初级纤毛组装很重要。初级纤毛可能在肾脏中具有重要功能，其组装缺陷可能导致多囊肾病。

关键词：orpk、鞭毛内转运、初级纤毛、驱动蛋白II、细胞质动力蛋白

介绍

Tg737基因缺陷导致小鼠肾脏和肝脏缺陷，与人类常染色体隐性遗传多囊肾病患者的肾和肝脏缺陷非常相似(Moyer等人，1994年). 这种疾病影响到每年出生的10000名儿童中的约1名，可能导致更高比例的死产和产前死亡(布莱斯和奥肯登1971;Cole等人，1987年). Tg737蛋白的功能尚不清楚。我们在这里确定了一种蛋白质衣原体这与Tg737同源，表明它是鞭毛组装所必需的。

肾集合小管内的上皮细胞具有发育良好的初级纤毛(安德鲁斯和波特1974). 这些纤毛的作用尚不清楚；然而，它们延伸到肾小管的管腔中，可能作为感觉附属物。初级纤毛在视觉和嗅觉中起着重要的感觉作用，因为眼睛的视杆细胞和视锥细胞的外段以及鼻子的嗅纤毛都是从纤毛进化而来的，并保留了初级纤毛的特征；例如，9+0微管排列。其他生物体中的初级纤毛，如秀丽隐杆线虫也起到感官作用(怀特等人，1976年;Perkins等人，1986年).

真核纤毛和鞭毛是通过鞭毛内运输（IFT）过程建立和维持的(Rosenbaum等人，1999年). 最具特色的是衣原体IFT是颗粒沿着纤毛和鞭毛的轴索微管快速运动。这些颗粒从细胞体向外运动到鞭毛尖端是由FLA10驱动蛋白II驱动的(Kozminski等人，1993年,Kozminski等人，1995年)，而颗粒从尖端返回细胞体的运输是由DHC1b/DHC2细胞质动力蛋白驱动的(Pazour等人，1998年,Pazour等人，1999年;波特等人，1999年). 通过IFT运输的颗粒由至少17个蛋白质亚单位组成(Piperno和Mead 1997;科尔等人，1998年). 单个亚单位的功能尚不清楚，但这些蛋白质在绿藻、线虫和脊椎动物之间保守(Cole等人，1998年;Rosenbaum等人，1999年). 在这份手稿中，我们描述了IFT88亚基的克隆衣原体IFT颗粒并显示缺失该基因的细胞无法组装鞭毛。我们进一步证明IFT88与多囊肾病基因Tg737同源，并且该基因突变的小鼠肾脏中的初级纤毛比正常小鼠短。

材料和方法

衣原体IFT88的纯化及微测序

16S IFT颗粒从衣原体鞭毛，如所述科尔等人，1998年.通过双向凝胶电泳进一步纯化IFT88亚基并转移到ImmobilonPSQ公司（Millipore）如前所述(Cole等人，1998年). 将IFT88对应的斑点切除并用胰蛋白酶消化。从膜上洗脱色氨酸肽并通过高效液相色谱进行分离。通过质谱鉴定的纯肽在UMMS蛋白质测序设施中进行微序列分析。

克隆IFT88

IFT88肽序列的一部分（LEGETDQA和GIDPYCVE）被用于设计两个简并寡核苷酸PCR引物（GA[A/G]AC[C/G/T]GA[C/T]CA[A/G]GC[C/G/T]GA[C/T]AA[A/G]TA和GC[C/T]TC[A/C/G]AC[A/G]CA[A/G）。这些引物扩增出一个365 bp的基因组DNA片段，该片段包含两个外显子和一个132-bp内含子的部分。该基因组DNA片段用于筛选衣原体由正在分裂的细胞制成的cDNA文库（请联系Pazour博士和Witman博士获取cDNA文室）。两个阳性克隆被鉴定并通过引物步进测序。除了5′端的序列外，这两个克隆相似。IFT88cDNA-1比IFT88c DNA-2长，似乎有一个短的polyA区域不恰当地融合到5′端，这可能是克隆伪影的结果。一个衣原体IFT88 EST克隆位于Genbank中（登录号AV395576）。该EST序列来自基因的5′端，与cDNA克隆重叠，用于定义cDNA序列的5′末端。

在基因组系统中发现了四个独立的BAC克隆（40-B3、11-O21、24-F2和27-M3）衣原体通过Southern杂交使用365-bp的BAC文库IFT公司88基因组DNA作为探针。通过Southern杂交证实克隆中存在IFT88基因。

一种IFT88突变体的鉴定与拯救

我们插入突变体集合中约400个转化子的DNA(Pazour等人，1995年,Pazour等人，1998年;Pazour和Witman 2000)用PstI切割并用365bp片段进行Southern印迹分析IFT公司88个基因组DNA片段。该探针在野生型细胞和除V79菌株外的所有突变体中检测到一条～2.5kb的带。

V79的运动/鞭毛缺陷通过携带IFT公司88基因。通过玻璃珠法进行转化Kindle 1990以及通过恢复其游泳能力而鉴定出的获救细胞系。一个获救细胞系与野生型CC124细胞杂交。按照标准程序解剖并分析了该十字架的四分体(莱文和埃伯索尔德1960;哈里斯1989)如中所述Pazour等人，1998年当细胞处于生长的早期对数期时，通过光学显微镜对鞭毛表型进行评分。

电子显微镜

衣原体细胞固定在戊二醛中用于EM(Hoops and Witman 1983年)并按照中所述进行处理Wilkerson等人，1995年用2.5%的戊二醛在100 mM二羧酸缓冲液中进行短暂的心脏灌注，将麻醉小鼠的组织原位固定。取下肾脏，在肾包膜下注射少量额外的固定剂。将肾脏放置在额外的固定剂中1小时。当时，将肾脏切成两半，再进一步固定2天。组织冷冻断裂，并按照McManus等人，1993年.

西方印迹法

野生型和突变型细胞的全细胞提取物是通过将对数期细胞重新悬浮在SDS样品缓冲液中，在50°C下加热10分钟，然后通过26号针头反复提取样品来剪切DNA。蛋白质通过SDS-PAGE分离，印在聚偏二氟乙烯膜上，并用抗体进行检测，如Pazour等人，1998年使用的抗体包括单克隆抗体57.1、单克隆抗体81.1、单抗139.1和单克隆抗体172.1，它们是针对IFT颗粒蛋白的单克隆抗体(Cole等人，1998年); FLA10N，对驱动蛋白II运动亚单位特异(科尔等人，1998年); DHC1b，对DHC1b/DHC2细胞质动力蛋白重链具有特异性(Pazour等人，1999年); 和B-5-1-2，对α-微管蛋白有特异性(Piperno和Fuller 1985年).

衣原体培养

衣原体属本研究中使用的菌株包括：g1(尼特1,阿格1,公吨+) (Pazour等人，1995年)，CC124(尼特1,尼特2,公吨−）和CC1390(弗拉2,公吨−). 后两种菌株可从衣原体遗传中心（北卡罗来纳州达勒姆杜克大学）。本工作过程中产生的应变包括：V79(国际集装箱运输协会88-1::NIT公司1,公吨+)，由g1，V79/40-B3#2.5的随机插入突变产生(国际集装箱运输协会88-1::NIT公司1,IFT公司88,公吨+)，通过使用BAC克隆40-B3和3276.2转化V79生成(国际集装箱运输协会88-1::NIT公司1） 它是V79/40-B3#2.5和CC124之间杂交的后代。

小鼠基因分型

用蛋白酶K消化小鼠尾部，用50%苯酚/50%氯仿萃取一次，用氯仿提取一次，然后用乙醇沉淀DNA，纯化DNA。使用以下描述的RW450、RW451和RW452引物集扩增基因组DNAYoder等人，1997年这些引物从野生型位点扩增出一个270-bp的片段，从突变位点扩增出340-bp的片段。

数字图像处理

使用Linotype-Hell Saphir Ultra 2平板扫描仪从阴性x射线胶片上扫描Western和Southern印迹，并将其导入Photoshop进行裁剪和对比度调整。用同样的方法扫描正电极性薄膜的扫描电镜照片。用Polaroid Sprint Scan 45扫描透射EM底片，并将其放入Photoshop进行裁剪、对比度调整和从负片到正片的反转。

结果

衣原体IFT88的克隆与序列分析

为了进一步了解构成IFT颗粒的蛋白质的结构和功能，我们克隆并测序了IFT88蛋白，以前称为p88(科尔等人，1998年). 为此，衣原体通过蔗糖密度梯度离心和二维凝胶电泳从分离的鞭毛基质中纯化IFT颗粒。IFT88被胰蛋白酶裂解，两个内部肽被微测序(科尔等人，1998年)，得到序列AATNLAFLYFLEGETDQADKYSEMALK和SLFNEAAAGIDPYCVEAIYNLVLVSQR。根据这些序列设计简并PCR引物，用于扩增基因组DNA片段。用基因组片段筛选cDNA文库，并通过引物步进法对克隆进行测序。Southern杂交表明只有一份IFT公司88基因衣原体属基因组。

序列分析表明IFT公司88 cDNA包含一个2346核苷酸开放阅读框，预计编码86.3-kD蛋白质(图1a） pI为5.87。在该cDNA的开放阅读框中发现与IFT88胰蛋白酶肽完全匹配的两个克隆，严格证实这些克隆编码衣原体IFT88蛋白。除了存在10个四三肽重复序列（TPR）外，序列中没有可识别的基序(图1b） ●●●●。TPR是退化的34个氨基酸重复序列(Lamb等人，1995年)，以3–16 U的串联阵列存在，预计会形成两亲螺旋(Hirano等人，1990年). 前三个TPR基序在氨基酸残基185-294之间紧密隔开。其他七个TPR基序在氨基酸残基441-676之间没有间隔(图1c） 。

序列和结构衣原体IFT88蛋白。（a）衣原体IFT88与小鼠和人类Tg737蛋白同源。The sequences of the衣原体使用ClustalW对（Cr_IFT88，登录号AF298884）、小鼠（Mm_Tg737，登录号AAB59705）和人类（Hs_Tg737,登录号AAA86720）蛋白质进行了比对(汤普森等人，1994年). （*）完全保护；：，高度保守的取代基；和（.）半保守取代（在排列下方）。（b） IFT88包含10个TPR重复。与TPR共识序列（底部）匹配的残留物用粗体表示。（c） 10个TPR重复（阴影框）在NH中组织为三组2-蛋白质的末端半部分和蛋白质的COOH末端半部分中的七个基团。

衣原体IFT88与小鼠多囊肾病基因同源

爆炸式搜索衣原体IFT88蛋白序列表明，它与小鼠（41%相同；BLAST E=E-148）和人类Tg737（40%相同；BLAS E=E-146）蛋白非常相似。Tg737缺陷小鼠患有严重的多囊肾病，并在出生后几周内死亡。该蛋白还与斑马鱼和猪的EST预测的蛋白质以及初步的秀丽线虫和黑腹果蝇基因组序列。IFT88和Tg737很可能是功能等效的正交曲线，因为衣原体哺乳动物的蛋白质是健壮的，分布在整个编码区，而不仅仅是TPR域(图1a） ●●●●。40%的同一性是其他人之间相似程度的典型表现衣原体以及编码鞭毛蛋白质的哺乳动物直系同源基因（Pazour，G.J.，B.L.Dickert和G.B.Witman，手稿正在编写中）。

Flagellar组装需要IFT88

为了进一步了解IFT88在细胞中的功能，我们搜索了我们收集的衣原体插入突变体(Pazour等人，1995年,Pazour等人，1998年;Pazour和Witman 2000)对于这个基因有缺陷的细胞系。插入突变体是由携带可选择标记的DNA转化细胞制成的。在衣原体转化DNA在整个基因组中随机整合，并在整合位点破坏基因。从约400个具有行为或运动缺陷的插入突变体中分离出DNA，并使用IFT公司88基因组DNA作为探针。一个细胞系（V79）被鉴定为插入IFT公司88基因(图2a） ●●●●。野生型细胞中的单一杂交带在突变体中分裂为两条带，这一事实表明，可选择标记整合到探针覆盖区域内的基因中，并没有导致整合位点的基因组大量缺失。突变的等位基因被称为国际集装箱运输协会88-1.

保存图片、插图等的外部文件。对象名为JCB0005112.f2.jpg

的表型国际集装箱运输协会88-1突变细胞。（a） Southern杂交显示V79细胞系在IFT公司88基因。从野生型和V79细胞中分离出DNA，用PstI消化，并用一段365bp的IFT公司88基因组DNA作为探针。野生型细胞中的单条带在突变体中分裂为两条带。（b） 中断IFT公司88不影响增长率。野生型和国际集装箱运输协会88-1突变细胞在液体培养物中生长，并如Pazour等人，1998年（c）与具有两个～10-μm长鞭毛的野生型细胞相比，鞭毛不形成于国际集装箱运输协会88-1个细胞。细胞通过微分干涉对比显微镜进行记录，如Pazour等人，1998年.

这个国际集装箱运输协会88-1细胞的生长速度与野生型细胞相同，表明IFT88对生长或细胞分裂至关重要(图2b） ●●●●。然而，与野生型细胞相比，野生型细胞通常有两个～10μm长的鞭毛从细胞体前端延伸国际集装箱运输协会88-1细胞完全缺乏鞭毛(图2c） ●●●●。这些细胞的电子显微镜分析表明，基底体结构正常，但鞭毛没有延伸到过渡区以外(图3，箭头）。在一些细胞中，覆盖鞭毛尖端的膜紧紧地贴在微管上，微管与膜之间没有任何物质。在其他细胞中，鞭毛残端轻微肿胀，含有随机方向的微管碎片。然而，与IFT突变体相比弗拉14 (Pazour等人，1998年)和dhc公司1亿(Pazour等人，1999年)，在任何鞭毛短梗中均未观察到IFT颗粒的积聚。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为JCB0005112.f3.jpg

的超微结构国际集装箱运输协会88-1鞭毛。鞭毛上国际集装箱运输协会88-1突变细胞非常短，微管没有延伸到过渡区以外（箭头所示）。野生型细胞中的微管从基底体开始，穿过过渡区，一直延伸到鞭毛尖端。此处显示的野生型鞭毛在穿过细胞壁后不久便离开剖面。

为了确定缺乏IFT88对IFT颗粒和IFT马达的影响，我们通过Western blotting检测了全细胞提取物(图4). IFT粒子由两个大的络合物组成。复合物A由四到五个蛋白质组成，包括IFT139，如图4复合物B由IFT88和10种其他蛋白质组成，包括IFT172、IFT81和IFT57，如图4复合物A蛋白IFT139在突变体中富集，表明该基因可能在突变体细胞中上调。突变对复合B蛋白IFT172和IFT81的水平几乎没有影响，但导致另一种复合B蛋白——IFT57的显著降低。IFT马达FLA10驱动蛋白-II和DHC1b的细胞水平不受国际集装箱运输协会88个突变。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为JCB0005112.f4.jpg

Western blot显示国际集装箱运输协会88-1在IFT运动蛋白和颗粒蛋白水平上的突变。等量的全细胞提取物国际集装箱运输协会用SDS-PAGE分离88-1（3276.2）和野生型细胞（CC124），转移到膜上，并用IFT颗粒蛋白（IFT172、IFT139、IFT81、IFT57）和IFT运动蛋白（FLA10、DHC1b）抗体进行检测。使用α-微管蛋白（α-Tub）抗体来确认等量的野生型和国际集装箱运输协会将88-1蛋白提取物加载到凝胶上。

确定鞭毛组装缺陷是由IFT公司88，并不是基因组其他地方另一个突变的结果，我们用携带IFT公司88基因。三个独立的BAC克隆（40-B3、24-F2和27-M3）补充了鞭毛缺陷。补体细胞系像野生型细胞一样游动，出现IFT。其中一个被拯救的细胞系被杂交到一个野生型细胞系，并解剖了26个四分体。用Southern印迹法分析一个四分体的所有四个产物和其余25个四分体内的一个单一产物。因为IFT公司88个基因插入到与原始基因座无关的位置，插入的DNA独立于原始基因分离，使后代携带零个、一个或两个野生型基因拷贝。携带至少一个野生型拷贝的细胞IFT公司88只具有正常的鞭毛和运动能力，而那些没有野生型拷贝的IFT公司88个无鞭毛且不活动(图5). 这些数据表明鞭毛缺陷与国际集装箱运输协会88突变，几乎可以肯定是它的结果。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为JCB0005112.f5.jpg

存在IFT公司88基因与减数分裂产物中的野生型表型相关。用含有IFT公司88基因。转化后的细胞恢复了游泳能力，并通过从未混合培养物的顶部接种菌剂进行富集。浓缩后，分离出一个转化子（V79/40-B3#2.5）的纯培养物，并与相反交配类型的野生型细胞系（CC124）交配。对四分体进行解剖，并通过光学显微镜对后代的运动能力进行评分。从亲本、一个四分体的四个产物和10个额外四分体随机的单一产物中分离出DNA。DNA通过Southern blotting分析，使用386 bp的片段IFT公司88基因组DNA作为探针。游动的细胞通常携带至少一个野生型基因拷贝，而非游动的细胞不携带野生型基因拷贝。

Tg737小鼠肾脏初级纤毛短于正常值

哺乳动物体内的许多细胞上都有初级纤毛(惠特利1995;Wheatley等人，1996年)，尤其在肾脏发育良好(安德鲁斯和波特1974). Inasmuch作为衣原体属IFT88是鞭毛组装所必需的，与哺乳动物Tg737同源，并且由于小鼠Tg736的缺陷会导致肾脏疾病，因此确定Tg738的缺陷是否影响肾脏中初级纤毛的形成具有重大意义。在野生型大鼠中，纤毛长约2.5-μm，见于近端小管、Henle环、远端小管和集合管(安德鲁斯和波特1974). 在野生型小鼠中，这些纤毛长度<5-μm，分布类似(1977年洪水与托特兰).

我们从橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）获得了低形态Tg737突变小鼠，并通过扫描电子显微镜检查了4日龄和7日龄幼鼠的肾脏。在两种野生型的肾脏中都观察到大量的单纤毛细胞(图6a、 +/+）和纯合突变(图6a、 −/−）小鼠，但突变肾脏中的纤毛要短得多。为了量化这种差异，从近端小管远端的扫描电子显微镜上测量纤毛长度(图6b和图c). 近端小管被避免，因为它有一个很厚的刷状缘，可以遮住一微米或更长的纤毛长度。近端小管远端的小管只有稀疏的微绒毛，不会遮挡纤毛，并且这些区域的纤毛长度均匀(安德鲁斯和波特1974). 野生型小鼠的纤毛在第4天和第7天分别为3.1±1.4和3.5±1.7μm，而突变小鼠的纤毛在第4和第7天则分别为1.0±0.6和1.3±0.6μm。这些值代表最小长度，因为很难准确测量位于小管中不同角度的纤毛。然而，差异很大，在>99%的水平上是显著的。因此，Tg737在小鼠初级纤毛的组装中起着至关重要的作用，正如IFT88对小鼠鞭毛的组装至关重要一样衣原体。

Tg737突变小鼠肾脏中的初级纤毛比正常小鼠短。（a） 用戊二醛固定4-d龄幼鼠的肾脏，冷冻断裂，金属浸渍，并用扫描电子显微镜检查。野生型小鼠（+/+）的小管和集合管上皮细胞上发现大量纤毛。在纯合子突变体（−/−）幼崽中也发现纤毛，但它们通常<2-μm长，大多数只是短的树桩。（b） 4日龄小鼠肾脏纤毛长度。在近端小管远端的小管扫描电子显微镜下测量纤毛。野生型纤毛平均3.1±1.4μm(n个=50），而突变纤毛平均为1.0±0.6μm(n个= 50). （c） 7日龄小鼠肾脏纤毛长度。在位于近端小管远端的小管的扫描电子显微镜下测量纤毛长度。野生型纤毛平均3.5±1.7μm(n个=50），而突变纤毛平均为1.3±0.6μm(n个= 50).

讨论

衣藻鞭毛组装需要IFT88基因

衣原体缺少IFT公司88基因没有组装鞭毛，表明IFT88蛋白是鞭毛组装所必需的。这是第一次衣原体显示睫状体组装所需的IFT颗粒亚单位。与细胞质中的其他IFT颗粒蛋白相比，IFT88的缺失导致IFT57的数量大幅减少，这表明IFT88对至少一部分IFT颗粒的组装很重要。因此，IFT可能在国际集装箱运输协会88-1突变体。与此相一致，IFT颗粒不会积聚在国际集装箱运输协会88个突变体，与细胞质动力蛋白DHC1b/DHC2缺陷突变体的鞭毛中明显完整的IFT颗粒的戏剧性积累形成鲜明对比(Pazour等人，1999年)或动力蛋白轻链LC8(Pazour等人，1998年). 或者，IFT88可能在IFT颗粒附着于其货物或顺行IFT运动FLA10驱动蛋白II中发挥重要作用。在任何一种情况下，IFT88的丢失都会妨碍鞭毛的组装。IFT88也可能是鞭毛组装所必需的信号转导所必需的。

小鼠IFT88同源物Tg737是肾脏初级纤毛组装所必需的

我们已经证明，IFT88与小鼠和人类Tg737蛋白高度相似，并且Tg736缺陷的小鼠肾脏中的纤毛有缺陷。Tg737是在橡树岭国家实验室通过小鼠随机插入突变鉴定的。Tg737的低形态突变会在出生后几周内导致肾脏疾病和死亡。该突变的表型与人类常染色体隐性遗传多囊肾病（ARPKD）非常相似，因为小鼠出现囊性肾脏和肝胆疾病，这在人类ARPKD患者中也很常见(Moyer等人，1994年). 小鼠在集合管中形成大囊肿，无法集中尿液(Yoder等人，1996年,Yoder等人，1997年). Tg737的空等位基因具有更严重的表型，导致小鼠在妊娠中期死亡(Murcia等人，2000年). 无效Tg737突变引起的表型与驱动蛋白II敲除小鼠的表型极为相似(Nonaka等人，1998年;Marszalek等人，1999年,武田等人，1999年). 驱动蛋白II和Tg737缺失小鼠都有左右不对称缺陷，胚胎节点上缺少纤毛，并在妊娠中期死亡。我们发现睫状体组装需要IFT88，这首次证明了Tg737基因缺失突变小鼠胚胎中缺少节纤毛是IFT缺陷的直接结果。

初级纤毛在哺乳动物体内广泛分布。已知唯一不含原发纤毛的细胞是肝细胞和骨髓或淋巴来源的分化细胞(惠特利1995;Wheatley等人，1996年). 肾小管和导管中的初级纤毛(安德鲁斯和波特1974)和肝胆管(莫塔和富马加里1974)长得异常长，伸入这些结构的内腔。初级纤毛在肾或肝导管中的作用尚不清楚，但被认为是感觉纤毛(Roth等人，1988年). 研究最多的初级纤毛是视杆细胞和视锥细胞的外段以及鼻腔中的嗅纤毛。在这些例子中，初级纤毛的作用显然是作为一个附属物来集中感官机械。秀丽线虫还广泛使用初级纤毛检测渗透压梯度和化学信号(怀特等人，1976年;刘易斯和霍奇金1977). 其他细胞上的初级纤毛也可能具有类似的感觉作用。支持这一观点的是，生长抑素3受体最近定位于大脑的初级纤毛(Handel等人，1999年). 肾上皮细胞感应多种细胞外信号，包括肽激素，如血管紧张素和离子，如氯化物（在Gunning等人，1996年). 这些感觉受体是否定位于脊椎动物肾脏的初级纤毛尚待确定。

秀丽线虫人类多囊肾病基因PKD1和PKD2的同源物定位于感觉纤毛(Barr和Sternberg，1999年). PKD1和PKD2突变的人会患上类似于小鼠Tg737突变引起的肾脏疾病。PKD1和PKD2是相互作用的跨膜蛋白(Qian等人，1997年;Tsiokas等人，1997年). PKD1有一个大的胞外结构域，被认为可以结合未知配体(Hughes等人，1995年;1995年国际多囊肾病联盟). PKD2与钙调节的阳离子通道同源，表明PKD2是一种阳离子通道(Chen等人，1999年). 还需要进一步的研究来确定是否在哺乳动物的初级纤毛上发现PKD1或PKD2。

IFT88和Tg737中的TPR重复表明这些蛋白质参与蛋白质-蛋白质的相互作用

TPR重复序列是退化的34个氨基酸基序(Lamb等人，1995年)以串联阵列形式存在于蛋白质中。预计这些阵列会形成超级螺旋(Hirano等人，1990年)具有两亲性凹槽，负责结合特定的靶蛋白(Das等人，1998年). 已经发现TPR结构域在分子伴侣和后期促进复合物等多蛋白复合物中介导多种同时的蛋白-蛋白相互作用（综述于布拉奇和拉斯勒1999). 在IFT88和Tg737中，蛋白质的氨基端半部分有三个紧密间隔的TPR重复序列，蛋白质的羧基端半部分又有七个TPR重复。这两个独立的TPR结构域可能同时结合到两个单独的靶蛋白。这些靶蛋白可能是轴突亚单位，通过IFT运输到鞭毛尖端，在那里组装(Piperno等人，1996年). 靶点也可能是膜蛋白，如受体和通道，因为IFT颗粒与鞭毛膜紧密相连(Kozminski等人，1995年;Pazour等人，1998年). 或者，IFT88可以与IFT颗粒的其他亚单位结合并将其结合在一起。IFT57可能是一种相互作用的蛋白质，因为它在没有IFT88的情况下不稳定。

IFT是纤毛和鞭毛装配和维护中的一种保守机制

大量证据表明，IFT对于组装和维护所有真核生物的运动和感觉纤毛是必要的。先前的研究表明，在包括绿藻、纤毛原生动物、线虫、棘皮动物和脊椎动物在内的多种生物中，顺向运动驱动蛋白II对于纤毛和鞭毛的组装和维持是必要的（综述于科尔1999;Marszalek和Goldstein 2000). 逆行运动，细胞质动力蛋白DHC1b/DHC2，也被证明是组装衣原体鞭毛(Pazour等人，1999年;波特等人，1999年)和隐杆线虫病感觉纤毛(Signor等人，1999年;Wicks等人，2000年). 我们关于衣原体IFT颗粒蛋白显示IFT52与秀丽线虫OSM-6和IFT172与秀丽线虫OSM-1系统(科尔等人，1998年). OSM-1和OSM-6是蠕虫感觉纤毛组装所必需的(Perkins等人，1986年;Collet等人，1998年). 当GFP-标记的OSM-6和OSM-1在转化后都能进行IFT时，最近证实了这两种线虫蛋白参与IFT秀丽线虫(Orozco等人，1999年;Signor等人，1999年). 本文的工作表明，IFT颗粒蛋白IFT88是纤毛组装所必需的衣原体并且IFT88同源物Tg737是在小鼠肾脏中组装初级纤毛所必需的。因此，来自多种真核生物的证据表明，IFT马达和IFT颗粒蛋白都是纤毛和鞭毛组装和维持所必需的。这表明IFT是一种古老而保守的机制，真核生物纤毛和鞭毛是通过IFT构建和维持的。

IFT可能在许多疾病状态中发挥重要作用

除了上文讨论的多囊肾病外，还有许多其他疾病可能涉及IFT。这包括视网膜色素变性，这是一种导致感光细胞破坏的遗传疾病，导致渐进性视力丧失。视蛋白和杆外段其他成分的运输在感光细胞中非常重要，因为每天约10%的外段被翻转。从内节段到外节段的运输通过连接纤毛进行（参见Besharse and Horst 1989年). 激动素-II和几个IFT颗粒蛋白位于感光细胞的连接纤毛中(Beech等人，1996年;Muresan等人，1999年;Whitehead等人，1999年; Pazour，G.J.、D.G.Cole、J.A.Deane、S.A.Baker、B.L.Dickert、J.L.Rosenbaum、G.B.Witman和J.C.Besharse，提交了nuscript供出版）。此外，Marszalek等人，2000年结果表明，缺乏驱动蛋白II的感光细胞在内段积累视蛋白和抑制素，表明驱动蛋白Ⅱ参与感光细胞的转运。因此，IFT可能是脊椎动物光感受器细胞的重要转运机制，IFT颗粒蛋白的突变可能导致视力缺陷。

IFT缺陷也可能影响活动性纤毛和鞭毛，并可能导致原发性纤毛运动障碍（PCD）。PCD是一种由活动纤毛缺陷引起的综合征，其特征是男性不育、呼吸系统疾病和反转位。众所周知，轴突组件的缺陷会导致PCD(Afzelius 1979年;Pennarun等人，1999年). 然而，IFT颗粒蛋白在睾丸和肺中高度表达，表明它们参与了活动精子鞭毛和呼吸道纤毛的组装（Pazour，G.J.，未发表的结果）。因此，IFT颗粒蛋白的突变可能导致精子鞭毛装配缺陷，导致精子尾部短而杂乱，正如一些不育男性所描述的那样(Baccetti等人，1993年). 正如小鼠驱动蛋白II运动亚基突变所观察到的那样，阻止运动纤毛和感觉纤毛组装的突变可能非常严重，以致胚胎在妊娠期间终止基夫3a年(Marszalek等人，1999年;武田等人，1999年)和基夫3亿(Nonaka等人，1998年).

致谢

我们感谢Ruth Hesselton、Greg Hendricks、Dennis Diener、Matthew Whitacre、Ben Lucker、John Leszyk和Diane Casey在本项目期间提供的宝贵帮助。

这项工作得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）对G.B.Witman的GM30626和对J.L.Rosenbaum的GM14642资助，爱达荷大学农业实验站对D.G.Cole的资助，马萨诸塞大学医学院糖尿病和内分泌学研究中心（DK 32520）的资助，由美国大学妇女国际协会（Y.Vucica）和大伍斯特社区基金会（G.B.Witman）的Robert W.Booth基金会共同发起。

脚注

Seeley先生目前的地址是新罕布什尔州汉诺威市达特茅斯医学院生物化学系，邮编03755。

Vucica女士目前的地址是澳大利亚塔斯马尼亚州霍巴特市塔斯马尼亚大学植物科学学院细胞生物学小组，邮编7001。

本文中使用的缩写：IFT，鞭毛内转运；TPR，四三肽重复。

工具书类

  • Afzelius B.A.不动纤毛综合征和其他纤毛疾病。利息收入支出病理。1979;19:1–43.[公共医学][谷歌学者]
  • Andrews P.M.，Porter K.R.肾单位的扫描电镜研究。美国J.Anat。1974;140:81–116.[公共医学][谷歌学者]
  • Baccetti B.、Burrini A.G.、Capitani S.、Collodel G.、Moretti E.、Piomboni P.、Renieri T.Notulae seminologicae。2.人类精子的“短尾”和“残端”缺陷。安德洛里亚。1993;25:331–335.[公共医学][谷歌学者]
  • Barr M.M.，Sternberg P.W.，雄性交配行为所需的多基因肾病基因同源性秀丽线虫.自然。1999;401:386–389.[公共医学][谷歌学者]
  • Beech P.L.、Pagh Roehl K.、Noda Y.、Hirokawa N.、Burnside B.、Rosenbaum J.L.驱动蛋白超家族蛋白在鱼类光感受器连接纤毛上的定位。细胞科学杂志。1996;109:889–897.[公共医学][谷歌学者]
  • Besharse J.C.，Horst C.J.过渡区中连接纤毛的光感受器模型。作者：Bloodgood R.A.，编辑。纤毛和鞭毛膜。Plenum出版公司；纽约州纽约市：1989年。第389–417页。[谷歌学者]
  • Blatch G.L.，Lassle M.四三肽重复结构基序介导蛋白质-蛋白质相互作用。生物论文。1999;11:932–939.[公共医学][谷歌学者]
  • Blyth H.，Ockenden B.G.儿童期出现的肾脏和肝脏多囊性疾病。医学遗传学杂志。1971;8:257–284. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Chen X.-Z.、Vassilev P.M.、Basora N.、Peng J.-B.、Nomura H.、Segal Y.、Brown E.M.、Reeders S.T.、Hediger M.A.、Zhou J.多囊藻毒素-我是一种钙调节的阳离子通道，可渗透钙离子。自然。1999;401:383–386.[公共医学][谷歌学者]
  • Cole B.R.、Conley S.B.、Stapleton F.B.出生后第一年患有多囊肾病。儿科杂志。1987;111:693–699.[公共医学][谷歌学者]
  • 科尔·D.G.金星-II，来来往往。《细胞生物学杂志》。1999;147:463–466. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Cole D.G.、Diener D.R.、Himelblau A.L.、Beech P.L.、Fuster J.C.、Rosenbaum J.L。衣原体驱动蛋白II依赖性鞭毛内转运（IFT）IFT颗粒含有纤毛组装所需的蛋白质秀丽隐杆线虫感觉神经元。《细胞生物学杂志》。1998;141:993–1008. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Collet J.、Spike C.A.、Lundquist E.A.、Shaw J.E.、Herman R.K.分析操作系统维护-6，影响感觉纤毛结构和感觉神经元功能的基因秀丽隐杆线虫.遗传学。1998;148:187–200. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Das A.K.，Cohen P.W.，Barford D.蛋白质磷酸酶的四肽重复序列的结构对TPR介导的蛋白质-蛋白质相互作用的影响。欧洲分子生物学杂志。1998;17:1192–1199. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Flood P.R.，Totland G.K.小鼠肾脏中孤立纤毛的亚结构。细胞组织研究。1977;183:281–290.[公共医学][谷歌学者]
  • Gunning M.E.、Ingelfinger J.R.、King A.J.、Brenner B.M.血管活性肽和肾脏。收件人：Brenner B.M.，编辑。布伦纳和校长的肾脏。W.B.Saunders公司；宾夕法尼亚州费城：1996年。第627–712页。[谷歌学者]
  • Handel M.、Schulz S.、Stanarius A.、Schreff M.、Erdtmann-Volliotis M.、施密特H.、沃尔夫G.、霍尔特V.生长抑素受体3对神经纤毛的选择性靶向。神经科学。1999;89:909–926.[公共医学][谷歌学者]
  • 哈里斯·E.H。衣原体资料手册1989学术出版社；加利福尼亚州圣地亚哥：第780页[公共医学][谷歌学者]
  • Hirano T.、Kinoshita N.、Morikawa K.、Yanagida M.在S.pombe公司核蛋白nuc2+单元格。1990;60:319–328.[公共医学][谷歌学者]
  • Hoops H.J.，Witman G.B.外双重异质性揭示了与节拍方向相关的结构极性衣原体鞭毛。《细胞生物学杂志》。1983;97:902–908. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Hughes J.、Ward C.J.、Peral B.、Aspinwall R.、Clark K.、San Millan J.L.、Gamble V.、Harris P.C.多囊肾病1（PKD1）基因编码一种具有多个细胞识别域的新蛋白质。自然遗传学。1995;10:151–160.[公共医学][谷歌学者]
  • Kindle K.L.高频核转换莱茵衣藻.程序。美国国家科学院。科学。美国。1990;87:1228–1232. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Kozminski K.G.、Beech P.L.、Rosenbaum J.L衣原体驱动蛋白样蛋白FLA10参与鞭毛膜相关的运动。《细胞生物学杂志》。1995;131:1517–1527. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Kozminski K.G.、Johnson K.A.、Forscher P.、Rosenbaum J.L.真核生物鞭毛的运动与鞭毛跳动无关。程序。美国国家科学院。科学。美国。1993;90:5519–5523. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Lamb J.R.、Tugendreich S.、Hieter P.四肽重复序列与TPR的相互作用？生物化学趋势。科学。1995;20:257–259.[公共医学][谷歌学者]
  • Levine R.P.、Ebersold W.T.的遗传学和细胞学衣原体.年。微生物评论。1960;14:197–216.[公共医学][谷歌学者]
  • Lewis J.A.、Hodgkin J.A.线虫化学感受突变体的特定神经解剖学变化秀丽隐杆线虫.J.公司。神经醇。1977;172:489–510.[公共医学][谷歌学者]
  • Marszalek J.R.、Ruiz-Lozano P.、Roberts E.、Chien K.R.、Goldstein L.S.B.缺乏驱动蛋白II KIF3A亚基的小鼠突变体中的原位反转和胚胎睫状体形态发生缺陷。程序。国家。阿卡德。科学。美国。1999;96:5043–5048. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Marszalek J.R.，Goldstein L.S.了解驱动蛋白II的功能。生物芯片。生物物理学。《学报》。2000;1496:142–150.[公共医学][谷歌学者]
  • Marszalek J.R.、Liu X.、Roberts E.A.、Chui D.、Marth J.D.、Williams D.S.、Goldstein L.S.哺乳动物光感受器中驱动蛋白II选择性转运视蛋白和抑制素的遗传证据。单元格。2000;102:175–187.[公共医学][谷歌学者]
  • McManus W.R.、McMahon D.J.、Oberg C.J.乳制品的高分辨率扫描电子显微镜是一种新的样品制备程序。食品结构。1993;12:475–482. [谷歌学者]
  • Motta P.，Fumagalli G.大鼠肝内胆管纤毛的扫描电镜显示。Z.阿纳特。恩特维克。盖世。1974;145:223–226.[公共医学][谷歌学者]
  • Moyer J.H.、Lee-Tischler M.J.、Kwon H.-Y.、Schrick J.J.、Avner E.D.、Sweeney W.E.、Godfrey V.L.、Cachero N.L.、Wilkinson J.E.、Woychik R.P.候选基因与小鼠隐性多发性肾病突变相关。科学。1994;264:1329–1333.[公共医学][谷歌学者]
  • Murcia N.S.、Richards W.G.、Yoder B.K.、Mucenski M.L.、Dunlap J.R.、Woychik R.P.左右轴测定需要橡树岭多囊肾（orpk）疾病基因。开发（弧度）。2000;127:2347–2355.[公共医学][谷歌学者]
  • Muresan V.、Lyass A.、Schnapp B.J.驱动蛋白马达KIF3A是脊椎动物光感受器突触前带的一个组成部分。《神经科学杂志》。1999;19:1027–1037. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Nonaka S.、Tanaka Y.、Okada Y.、Takada S.、Harada A.、Kanai Y.、Kido M.、Hirokawa N.。在缺乏kif3b运动蛋白的小鼠中，由于失去节纤毛而导致胚胎外液向左流动，从而导致左右不对称的随机化。单元格。1998;95:829–837.[公共医学][谷歌学者]
  • Orozco J.T.、Wedaman K.P.、Signor D.、Brown H.、Rose L.、Scholey J.M.沿纤毛运动的电机和货物。自然。1999;398:674.[公共医学][谷歌学者]
  • Pazour G.J.、Dickert B.L.和Witman G.B.鞭毛组装需要细胞质动力蛋白的DHC1b（DHC2）亚型。《细胞生物学杂志》。1999;144:473–481. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Pazour G.J.、Sineschekov O.A.、Witman G.B.对莱茵衣藻.《细胞生物学杂志》。1995;131:427–440. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Pazour G.J.、Wilkerson C.G.、Witman G.B.动力蛋白轻链对鞭毛内转运（IFT）的逆行粒子运动至关重要《细胞生物学杂志》。1998;141:979–992. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Pazour G.J.、Witman G.B.《微管马达的正向和反向遗传分析》衣原体.方法。2000;出版中[公共医学][谷歌学者]
  • Pennarun G.、Escudier E.、Chapelin C.、Bridoux A.M.、Cacheux V.、Roger G.、Clement A.、Goossens M.、Amselem S.、Duriez B.与莱茵衣藻肌动蛋白IC78导致原发性纤毛运动障碍。Am.J.Hum.遗传学。1999;65:1508–1519. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Perkins L.A.、Hedgecock E.M.、Thomson J.N.、Culotti J.G.线虫中的突变感觉纤毛秀丽隐杆线虫.开发生物学。1986;117:456–487.[公共医学][谷歌学者]
  • Piperno G.，Fuller M.针对乙酰化形式的α-微管蛋白的单克隆抗体可识别多种生物体纤毛和鞭毛中的抗原。《细胞生物学杂志》。1985;101:2085–2094. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Piperno G.，Mead K.一种新型复合物在细胞浆基质中的转运衣原体鞭毛。程序。国家。阿卡德。科学。美国。1997;94:4457–4462. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Piperno G.、Mead K.、Henderson S.内动力蛋白臂而非外动力蛋白手臂需要运动蛋白同源蛋白KHP1的活性佛罗里达州10到达鞭毛的远端衣原体.《细胞生物学杂志》。1996;133:371–379. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Porter M.E.、Bower R.、Knott J.A.、Byrd P.、Dentler W.鞭毛组装需要细胞质动力蛋白重链1b衣原体.分子生物学。单元格。1999;10:693–712. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Qian F.、Germino F.J.、Cai Y.、Zhang X.、Somlo S.、Germaino G.G.PKD1通过一个可能的线圈域与PKD2相互作用。自然遗传学。1997;16:179–183.[公共医学][谷歌学者]
  • Rosenbaum J.L.、Cole D.G.、Diener D.R.鞭毛内运输眼睛都有。《细胞生物学杂志》。1999;144:385–388. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Roth K.E.、Rieder C.L.、Bowser S.S.Flexible-substratum技术，用于从培养肾上皮中初级（9+0）纤毛的侧体体内特性观察细胞。细胞科学杂志。1988;89:457–466.[公共医学][谷歌学者]
  • Signor D.、Wedaman K.P.、Orozco J.T.、Dwyer N.D.、Bargmann C.I.、Rose L.S.、Scholey J.M.类DHC1b动力蛋白在活体化学感觉神经元中沿纤毛而非树突逆行运输IFT马达和IFT筏颗粒中的作用秀丽隐杆线虫.《细胞生物学杂志》。1999;147:519–530. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • 武田S.，Yonekawa Y.，Tanaka Y.，Okada Y.，Nonaka S.，Hirokawa N.左右不对称性和驱动蛋白超家族蛋白KIF3A在确定侧化和中胚层诱导中的新见解基夫3A−/−小鼠分析。《细胞生物学杂志》。1999;145:825–836. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • 国际多囊肾病联盟多囊肾病PKD1基因及其蛋白的完整结构。单元格。1995;81:289–298.[公共医学][谷歌学者]
  • Thompson J.D.，Higgins D.G.，Gibson T.J.CLUSTAL Wimproving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting，position specific gap pressions and weight matrix choose.汤普森J.D.、希金斯D.G。核酸研究。1994;22:4673–4680. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Tsiokas L.、Kim E.、Arnould T.、Sukhatme V.P.、Walz G.PKD1和PKD2基因产物之间的同源和异二聚体相互作用。程序。美国国家科学院。科学。美国。1997;94:6965–6970. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Wheatley D.N.正常和病理组织中的初级纤毛。病理生物学。1995;63:222–238.[公共医学][谷歌学者]
  • Wheatley D.N.，Wang A.M.，Strugnell G.E.哺乳动物细胞中初级纤毛的表达。细胞生物学。国际。1996;20:73–81.[公共医学][谷歌学者]
  • White J.G.、Southgate E.、Thomson J.N.和Brenner S秀丽隐杆线虫.菲尔翻译。R.Soc.伦敦。生物科学B。1976;275:327–348.[公共医学][谷歌学者]
  • Whitehead J.L.，Wang S.Y.，Bost-Usinger L.，Hoang E.，Frazer K.A.，Burnside B.异三聚体微管运动驱动蛋白II的KIF3A和KIF3B亚基在脊椎动物视网膜中的光受体定位。Exp.眼科研究。1999;69:491–503.[公共医学][谷歌学者]
  • Wicks S.R.、de Vries C.J.、van Luenen H.G.A.M.、Plasterk R.H.A.CHE-3是一种细胞溶质动力蛋白重链，在秀丽隐杆线虫.开发生物。2000;221:295–307.[公共医学][谷歌学者]
  • Wilkerson C.G.、King S.M.、Koutoulis A.、Pazour G.J.、Witman G.B.The 78000 M第页中间链衣原体外臂动力蛋白是手臂组装所需的WD-重复蛋白。《细胞生物学杂志》。1995;129:169–178. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Yoder B.K.、Richards W.G.、Sommardahl C.、Sweeney W.E.、Michaud E.J.、Wilkinson J.E.、Avner E.D.、Woychik R.P.通过克隆野生型的表达对ARPKD小鼠模型中肾缺陷的功能性纠正Tg737型cDNA。肾脏Int。1996;50:1240–1248.[公共医学][谷歌学者]
  • Yoder B.K.、Richards W.G.、Sommardahl C.、Sweeney W.E.、Michaud E.J.、Wilkinson J.E.、Avner E.D.、Woychik R.P.常染色体隐性遗传性多囊肾病小鼠突变中肾脏和肝脏疾病的差异救援。美国病理学杂志。1997;150:2231–2241. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
来自的文章细胞生物学杂志由以下人员提供洛克菲勒大学出版社