Mechanism of transport of IFT particles in C. elegans cilia by the concerted action of kinesin-II and OSM-3 motors

doi:10.1083/jcb.200606003

.2006年9月25日；174(7):1035-45.

doi:10.1083/jcb.200606003。

驱动蛋白II和OSM-3马达协同作用下秀丽线虫纤毛中IFT颗粒的转运机制

潘晓宇¹, 广硕欧, Gul Civelekoglu-Scholey公司, 奥利弗·布拉克, 尼古拉斯·F·恩德斯, 李涛, 亚历克斯·莫吉尔纳, 米歇尔·勒鲁, 罗纳德·D·维尔, 乔纳森·斯科利

附属公司

PMID： 17000880
PMCID公司：项目编号：C2064394
内政部： 10.1083/jcb.200606003

驱动蛋白II和OSM-3马达协同作用下秀丽线虫纤毛中IFT颗粒的转运机制

潘晓宇等。 J细胞生物学. 2006.

.2006年9月25日；174(7):1035-45.

doi:10.1083/jcb.200606003。

作者

附属

¹美国加州大学戴维斯分校遗传与发展中心分子与细胞生物学科，加利福尼亚州戴维斯95616。

PMID： 17000880
PMCID公司：项目编号：C2064394
内政部： 10.1083/jcb.200606003

摘要

秀丽隐杆线虫神经元上纤毛的组装和功能依赖于两个驱动蛋白-2马达，异源三聚体驱动蛋白-II和同二聚体OSM-3驱动蛋白的作用，它们协同移动相同的鞭毛内转运（IFT）颗粒沿微管（MT）双极体。使用竞争性体外MT滑动分析，我们表明纯化的驱动蛋白II和OSM-3在没有任何额外调节因子的情况下协同产生类似于纤毛的运动。定量建模表明，这可能反映出一种交替动作机制，其中电机轮流沿MT移动，或一种机械竞争，在这种机制中，电机以协调一致的方式沿着MT移动，而慢速电机对快速电机施加阻力，反之亦然。对Bardet-Biedl综合征（BBS）蛋白和IFT运动突变体进行的体内转运分析支持运动协调的机械竞争模型，在该模型中，IFT运动对IFT颗粒施加BBS蛋白依赖性张力，从而控制构建纤毛基础的IFT通路。

PubMed免责声明

数字

**图1。**
**重组体的制备和表征*秀丽线虫*驱动蛋白II和OSM-3。**（A） Sf9细胞高速上清液（左）、塔龙柱洗脱液（中）和Sephacryl S-300纯化驱动蛋白II（右）的SDS凝胶。（B）纯化驱动蛋白II和OSM-3的SDS凝胶。（C和D）在标准MT滑动分析中，驱动蛋白II–（C）和OSM-3（D）驱动的MT运动与[Mg-ATP]的双倒数图。（E）在标准分析条件下，由驱动蛋白II（圆形）、OSM-3（方形）和OSM-3–G444E（三角形）驱动的MT滑动速度，但K浓度不同₂-管道。误差条表示标准偏差。（F和G）在蔗糖密度梯度（F）和凝胶过滤柱（G）上，KLP-11、KAP-1和KLP-20亚基在KLP-11/KLP-20/KAP-1摩尔化学计量比为1.0:1.17:0.89的条件下以单分散异三聚体络合物（S值=9.8；Rs=7.1 nm；天然分子量=287 kD）洗脱（也显示了蛋白质标准峰位置）。

**图2。**
**显示交替作用和机械竞争模型拟合的OSM-3和驱动蛋白II混合物的MT滑移率与摩尔分数的关系。**（A和B）竞争性运动分析中的滑动速度直方图，作为野生型OSM-3（A）和OSM-3–G444E突变体（B）与驱动蛋白II的百分比的函数。在0%~100%OSM-3之间，可以观察到滑动速度介于每个电机单独产生的滑动速度之间。（C和D）相对于野生型（WT）OSM-3的摩尔分数绘制的滑翔测定。带有标准偏差（误差条）的实验数据（黑点）最适合交替作用（红线；C）和机械竞争（蓝线；D）模型。参数如下：*v（v）* _{驱动蛋白II}=0.34μm/s和*v（v）* _渗透压-3=1.09μm/s（C）；和,γ=0.98≈1（D）。（E和F）绘制滑动分析速度与OSM-3–G444E摩尔分数的关系图。带有标准偏差的实验数据（黑点）最适合交替作用（红线；E）和机械竞争（蓝线；F）模型。参数如下：*v（v）* _{驱动蛋白II}=0.46μm/s和*v（v）* _渗透压-3=0.99μm/s（E）；和,，γ=0.7（F）。

公式图像 — **图2。**
**显示交替作用和机械竞争模型拟合的OSM-3和驱动蛋白II混合物的MT滑移率与摩尔分数的关系。**（A和B）竞争性运动分析中的滑动速度直方图，作为野生型OSM-3（A）和OSM-3–G444E突变体（B）与驱动蛋白II的百分比的函数。在0%~100%OSM-3之间，可以观察到滑动速度介于每个电机单独产生的滑动速度之间。（C和D）相对于野生型（WT）OSM-3的摩尔分数绘制的滑翔测定。带有标准偏差（误差条）的实验数据（黑点）最适合交替作用（红线；C）和机械竞争（蓝线；D）模型。参数如下：*v（v）* _{驱动蛋白II}=0.34μm/s和*v（v）* _渗透压-3=1.09μm/s（C）；和,γ=0.98≈1（D）。（E和F）绘制滑动分析速度与OSM-3–G444E摩尔分数的关系图。带有标准偏差的实验数据（黑点）最适合交替作用（红线；E）和机械竞争（蓝线；F）模型。参数如下：*v（v）* _{驱动蛋白II}=0.46μm/s和*v（v）* _渗透压-3=0.99μm/s（E）；和,，γ=0.7（F）。

**图3。**
**显示BBS蛋白对抗驱动蛋白II和OSM-3之间的机械竞争以维持IFT颗粒完整性的模型。**（A）演示两个模型预测的不同表型*bbs-；发动机*双突变体。交替动作模型预测*bbs-；klp-11型*双突变体，IFT-A不能被驱动蛋白II或OSM-3-驱动蛋白移动，也不会进入纤毛，因此IFT-A会在截断纤毛的末端形成聚集体，模仿IFT-A突变体的表型。另一方面，在*bbs-；渗透压-3*双突变体IFT-B不能被驱动蛋白II或OSM-3移动，睫状体长度减少。相比之下，机械竞争模型预测*bbs-；klp-11型*或*bbs-；渗透压-3*双突变体，两个马达之间不会有机械竞争，也不会通过IFT颗粒施加阻力，因此即使没有BBS蛋白，IFT颗粒也可以维持在单个复合物中，并且a和B亚复合物将显示相同的运输曲线。（B）测试预测的运输分析结果汇总（图4）。在野生型（WT）中，BBS蛋白通过对抗驱动蛋白II和OSM-3之间的机械竞争来维持IFT颗粒的完整性。在*bbs-7/-8*单个突变体，驱动蛋白II和OSM-3之间的机械竞争不能被BBS蛋白抵消，因此IFT颗粒分解为亚复合物A和Bbbs-7/-8；驱动蛋白II或*bbs-7/-8；渗透压-3*双突变体，不产生机械竞争，所以IFT颗粒不离解，而是由驱动蛋白II或OSM-3单独移动。

**图4。**
**IFT颗粒亚复合物A和B在*bbs-7频道*单身和*bbs-7频道*或*bbs-8；驱动蛋白-2*双突变体。**沿感觉纤毛分布的IFT-A亚复合物（CHE-11｜GFP）和-B亚复合物的显微照片（A、B、E、G、I和K中的CHE-11｝GFP；C、D、F、H、J和L中的CHE-2｜GFP-以及M–O中的OSM-6｜GFP.）。E–O（右）中的Kymograph图和相应图显示了代表沿初始段（M和M′）和远端段（D和D′）运动轨迹的对角线。箭头指向初始直径段连接。在野生型（wt）动物（A和C）中，CHE-11｜GFP和CHE-2｝GFP沿起始和远端节段移动相同。在*bbs-7频道*突变体（B和D）、IFT-A和-B分离，CHE-11｜GFP仅在起始段内移动，CHE-2｜GFP沿起始段和远端段移动。在*klp-11；bbs-7频道*或*论坛-8*双突变体CHE-11、CHE-2、GFP和OSM-6沿着起始段和远端（E、F、I、J和M）以OSM-3驱动蛋白的快速运动。在*osm-3；bbs-7频道*或*论坛-8*双突变体CHE-11、CHE-2、GFP和OSM-6在剩余的起始片段（G、H、K、L和N）中以驱动蛋白II的缓慢速率移动。OSM-6｜GFP以OSM-3的快速速度移动*klp-11型*突变体（O）。与中不同论坛单个突变体，IFT颗粒是稳定的，在*bbs-7频道*或*bbs-8；驱动蛋白-2*双突变体。

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1. Ansley，S.J.、J.L.Badano、O.E.Blacque、J.Hill、B.E.Hoskins、C.C.Leitch、J.C.Kim、A.J.Ross、E.R.Eichers、T.M.Teslovich等人，2003年。基底体功能障碍可能是多效性Bardet-Biedl综合征的一个原因。自然。425:628–633.-公共医学
1. Badano、J.L.、N.Mitsuma、P.L.Beales和N.Katsanis。2006.纤毛病：一类新兴的人类遗传疾病。每年。基因组学评论。嗯，遗传学。7:125–148.-公共医学
1. Beales，P.L.2005。揭开潘多拉盒子的盖子：Bardet-Biedl综合征。货币。操作。基因。偏差15:315–323。-公共医学
1. 医学硕士Berezuk和T.A.Schroer。2004年。脊椎动物大脑中驱动蛋白II物种的分离和表征。交通。5:503–513.-公共医学
1. Blacque，O.E.，M.J.Reardon，C.Li，J.McCarthy，M.R.Mahjoub，S.J.Ansley，J.L.Badano，A.K.Mah，P.L.Beales，W.S.Davidson等人，2004年。秀丽线虫BBS-7和BBS-8蛋白功能的丧失导致纤毛缺陷和鞭毛内运输受损。基因发育18:1630-1642。-项目管理咨询公司-公共医学

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[1] Ansley，S.J.、J.L.Badano、O.E.Blacque、J.Hill、B.E.Hoskins、C.C.Leitch、J.C.Kim、A.J.Ross、E.R.Eichers、T.M.Teslovich等人，2003年。基底体功能障碍可能是多效性Bardet-Biedl综合征的一个原因。自然。425:628–633.-公共医学

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[5] Beales，P.L.2005。揭开潘多拉盒子的盖子：Bardet-Biedl综合征。货币。操作。基因。偏差15:315–323。-公共医学

[6] Beales，P.L.2005。揭开潘多拉盒子的盖子：Bardet-Biedl综合征。货币。操作。基因。偏差15:315–323。-公共医学

[7] 医学硕士Berezuk和T.A.Schroer。2004年。脊椎动物大脑中驱动蛋白II物种的分离和表征。交通。5:503–513.-公共医学

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[9] Blacque，O.E.，M.J.Reardon，C.Li，J.McCarthy，M.R.Mahjoub，S.J.Ansley，J.L.Badano，A.K.Mah，P.L.Beales，W.S.Davidson等人，2004年。秀丽线虫BBS-7和BBS-8蛋白功能的丧失导致纤毛缺陷和鞭毛内运输受损。基因发育18:1630-1642。-项目管理咨询公司-公共医学

[10] Blacque，O.E.，M.J.Reardon，C.Li，J.McCarthy，M.R.Mahjoub，S.J.Ansley，J.L.Badano，A.K.Mah，P.L.Beales，W.S.Davidson等人，2004年。秀丽线虫BBS-7和BBS-8蛋白功能的丧失导致纤毛缺陷和鞭毛内运输受损。基因发育18:1630-1642。-项目管理咨询公司-公共医学

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