朱学良/鄢秀敏/李栋联合研究团队利用超分辨成像技术揭示Kinesin-9家族成员Kif6和Kif9在哺乳动物运动纤毛中的不同功能

朱学良/鄢秀敏/李栋联合研究团队利用超分辨成像技术揭示Kinesin-9家族成员Kif6和Kif9在哺乳动物运动纤毛中的不同功能

8月19日，国际学术期刊Journal of Cell Biology在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）朱学良、上海交通大学医学院附属新华医院鄢秀敏和中国科学院生物物理研究所李栋等研究组的最新合作研究成果“Distinct Roles of Kif6 and Kif9 in Mammalian Ciliary Trafficking and Motility”，揭示了驱动蛋白（kinesin）Kif6和Kif9在哺乳动物动纤毛（motile cilia）中的功能。

动纤毛和鞭毛（flagella）是进化保守的、突出于细胞表面的毛状细胞器，通常由九组二联体微管和一对中央微管组成。动纤毛多以多纤毛的形式广泛分布于哺乳动物的脑室、气管、输卵管和输精小管中，通过其有规律的协调摆动，驱动脑脊液循环、清洁呼吸道和运输生殖细胞，而鞭毛则驱动精子运动。驱动蛋白是一类重要的分子马达，它们能够在微管上进行纳米级“行走”，参与物质运输、细胞分裂和纤毛发生等多种生物学过程，也驱动负责纤毛/鞭毛内物质运输，即鞭毛内运输（intraflagellar transport, IFT），的列车。

Kif6和Kif9是Kinesin-9家族的两个成员，具有较高的同源性（图A）。进化分析发现它们与动纤毛或鞭毛高度相关，但在哺乳动物中的功能尚不明确。该研究团队利用自主搭建的掠入射结构光照明超高分辨率荧光显微镜（GI-SIM）发现Kif6和Kif9在哺乳动物运动纤毛中的定位和行为均不同：Kif6呈点状定位于二联体微管外周并沿这些微管进行长距离的双向运动，其中一些运动与IFT列车共定位，而Kif9定位于纤毛中央器且不进行长距离的运动（图B-C）。体外实验证实Kif6，而非Kif9，具有沿微管的运动性。在小鼠模型中，Kif6的敲除会严重影响脑室纤毛的协调摆动，导致脑脊液流动障碍，并引起严重的脑积水（图D-E），小鼠存活率也大大下降。相比之下，Kif9的敲除并不明显影响脑室纤毛的协调摆动，仅造成轻度脑积水（图D-E），且不影响小鼠寿命。Kif6-/-和Kif9-/-的雄性小鼠均表现为不育，前者精子数量减少且活力差，后者精子前进运动能力受限。这些结果提示Kif6是运动纤毛上参与货物运输的分子马达，可能通过运输信号分子等货物，调控脑室多纤毛摆动方向的一致性，而Kif9则是纤毛中央微管功能的一种调节因子（图F）。该研究为理解纤毛运动的分子调控机制和相关病理机制提供了新的线索。

分子细胞卓越中心博士生方楚玉、分子细胞卓越中心与上海科技大学联合培养博士生潘新文和中国科学院生物物理研究所正高级工程师李迪（现为物理研究所特聘研究员）为共同第一作者。分子细胞卓越中心朱学良研究员、上海交通大学医学院附属新华医院鄢秀敏研究员和中国科学院生物物理研究所李栋研究员为该论文的共同通讯作者。清华大学梁鑫副教授和上海交通大学医学院附属新华医院黄旲研究员等研究人员为合作者。该研究获得国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的资助，以及分子细胞卓越中心细胞和分子研究平台和国家蛋白质设施等的技术支持。

文章链接：https://rupress.org/jcb/article/223/11/e202312060/276924/Distinct-roles-of-Kif6-and-Kif9-in-mammalian

(A)鼠源Kif6和Kif9的示意图；（B）Kif6-GFP能在脑室运动纤毛外周微管上进行长距离的双向运动，有些与Ift27颗粒共运动(Ift27+Kif6+)，有些则单独运动(Kif6+)；（C）Kif9-GFP在中央器上进行短距离的晃动；（D）大脑切片观察脑室扩大情况显示Kif6敲除(Kif6-/-)小鼠出现严重的脑积水，而Kif9敲除(Kif9-/-)小鼠仅表现为轻微的脑积水；（E）与野生型(+/+)和Kif9敲除小鼠不同，Kif6敲除小鼠的脑室管膜上皮运动纤毛摆动方向紊乱；（F）Kif6和Kif9在运动纤毛的功能模式图。