01摘要
纖毛的基部由過渡區(qū) (TZ) 和過渡纖維 (TF) 組成，可以作為選擇門來調(diào)節(jié)鞭毛內(nèi) (IFT) 的蛋白質(zhì)的運(yùn)輸放暇。在進(jìn)入纖毛腔之前提蕴，IFT 復(fù)合物和運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)在纖毛基部或附近積聚。纖毛基部 IFT 蛋白的空間組織是了解纖毛形成和功能的關(guān)鍵。使用隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡 (STORM) 和計(jì)算平均晨仑，作者發(fā)現(xiàn) 7 個 TZ藕帜、9 個 IFT、3 個 Bardet-Biedl 綜合征 (BBS) 和一個中心體蛋白在纖毛四膜蟲的纖毛基部形成 9 個簇狀環(huán)樱调。在軸向維度上约素，所研究的 TZ 蛋白定位于約 30 nm 的狹窄區(qū)域，而 IFT 蛋白桶柿瑁靠在 TZ 附近約 80 nm 處圣猎。此外，IFT-A 亞群位于 IFT-B 亞群的外圍乞而，所研究的 BBS 蛋白位于睫狀膜附近送悔。選定蛋白質(zhì)的 HA 標(biāo)記的 N 和 C 末端的定位能夠預(yù)測蛋白質(zhì)顆粒的空間方向和可能的物質(zhì)相互作用位點(diǎn)∽δ＃基于獲得的數(shù)據(jù)欠啤，作者建立了一個全面的 3D 模型，顯示了所研究的睫狀蛋白的排列散烂。
02研究介紹（節(jié)選）
纖毛是基于微管的指狀細(xì)胞突起巾妖。纖毛從基底體中出現(xiàn)，這些基底體是將纖毛錨定并定位在細(xì)胞表面內(nèi)的中心同源結(jié)構(gòu)变钙。過渡區(qū) (TZ)具有獨(dú)特的超微結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)組成牵梗。TZ的特征是Y形連接，即將軸突的微管雙峰連接到睫狀膜的Y形結(jié)構(gòu)挥棒。TZ的生化和遺傳分析揭示了TZ蛋白之間的相互作用關(guān)系仓脓。
最近出現(xiàn)的幾種超分辨率成像工具，適用于探查蛋白質(zhì)排列和分布的細(xì)微差異芭惠，能夠?qū)σ恍?TZ 锨间、IFT和TF蛋白質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析。但是弦离，目前尚不清楚 IFT 和 BBS 蛋白在進(jìn)入纖毛之前究竟在哪里形成顆粒并托鲋ィ靠。這個問題的答案對探究 IFT/BBS 如何在纖毛基部進(jìn)行調(diào)節(jié)以控制纖毛的形成和功能棵章，以及它如何受到疾病相關(guān)而產(chǎn)生突變至關(guān)重要挨让。
在這里枚冗，作者研究了纖毛蟲嗜熱四膜蟲纖毛基部的 TZ、IFT 和 BBS 蛋白的空間組織蛇损。在橫向（側(cè)面）和頂部視圖中可以看到赁温，這種單細(xì)胞真核生物擁有數(shù)百個纖毛。單個細(xì)胞內(nèi)大量的相同結(jié)構(gòu)有助于提高超分辨率圖像的定位精度并實(shí)現(xiàn)多維重建淤齐。使用隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡 (STORM) 和計(jì)算平均股囊，作者估計(jì)了 30 多個表位標(biāo)簽的徑向和軸向位置，這些表位標(biāo)簽與睫狀體 TZ 的七個成分更啄、IFT 粒子的九個成分稚疹、BBSome 的三個成分和一個直系同源物融合在一起。 總之祭务，作者生成了一個全面的 3D 模型贫堰，分辨率為 15-30 nm，顯示了幾個 TZ待牵、IFT 和 BBS 蛋白質(zhì)在這種情況下導(dǎo)致的 IFT 復(fù)合體的結(jié)構(gòu)變化和纖毛運(yùn)輸?shù)膿p傷其屏。
03研究結(jié)果（節(jié)選）
1、四膜蟲TZ 蛋白的空間組織
TZ 蛋白在進(jìn)化中非常保守缨该。因此偎行，在簡單的模式生物（如纖毛四膜蟲嗜熱菌）中進(jìn)行的分析有助于理解纖毛蛋白的定位和功能。為此饿遏，作者使用 STORM 顯微鏡來揭示選定四膜蟲的定位TZ 蛋白并將它們在 TZ 區(qū)域內(nèi)的空間組織與哺乳動物運(yùn)動纖毛和初級纖毛中描述的 TZ 蛋白的排列進(jìn)行比較医狡。
圖1、 過渡區(qū)蛋白的定位替熊。
當(dāng)使用 STORM 對HA 標(biāo)記的 TZ 蛋白成像時肿车，它們主要表現(xiàn)為 9 簇環(huán)（圖 1 B，B'掘顾，C-H）到讽。這些環(huán)的半徑對應(yīng)于抗原（與蛋白質(zhì)融合的標(biāo)簽）和纖毛中心之間的距離（圖 2 A''）±埘猓基于分析表位的間接與直接檢測的測量值相差 1-11 nm（圖 1 M）保媒。這與 12 nm的抗體大小一致并提供了一種評估抗體標(biāo)記引入的連鎖錯誤的大小和方向的方法
STORM 成像顯示，四膜蟲TMEM216 在所有研究的 TZ 蛋白中形成最大的環(huán)惫借，半徑為 164 ± 5 nm（圖 1 C辟昏，M）。四膜蟲的 30 個氨基酸 C 末端TMEM231 位于半徑 149 ± 6 nm 處堰洛，距 TMEM216-C 末端約 15 nm（圖 1 F获列，M）。
2蛔垢、STORM 成像顯示 IFT 顆粒突骱ⅲ靠在睫狀體基部
在前往纖毛之前歌懒，IFT 蛋白集中在纖毛的基部。為了在進(jìn)入纖毛之前可視化 IFT 顆粒并估計(jì)它們的對接位點(diǎn)溯壶，作者設(shè)計(jì)了表達(dá) N 或 C 末端 3HA 標(biāo)記的 IFT 蛋白的四膜蟲細(xì)胞。此外甫男，作者分析了 ODA16且改、IFT 物質(zhì)銜接蛋白和 KIN1、KIF3a 的四膜蟲直系同源物板驳。
圖2又跛、IFT顆粒蛋白的定位，N-或C-末端3HA標(biāo)記的IFT蛋白若治、KIN1/KIF3A驅(qū)動蛋白和銜接蛋白ODA16的頂視圖和側(cè)（側(cè)）視圖的STORM圖像慨蓝。
共聚焦成像顯示，在全長纖毛中端幼，IFT 蛋白主要在纖毛基部/基體和纖毛尖端被檢測到缩髓，而IFT52、IFT57王捧、IFT80学释、IFT122 和IFT172 沿著纖毛長度的 IFT 信號是無法檢測到的，這可能是由于全長纖毛中 IFT 粒子的濃度非常低匹忙。而STORM 成像顯示粱思，表達(dá) IFT 融合蛋白的細(xì)胞在纖毛基部，IFT 亞基位于九個不同的位點(diǎn)绣峰，作者將其稱為“對接位點(diǎn)”（圖 2 A-G）槐芹。這些觀察表明，在它們進(jìn)入纖毛干之前掩软，IFT 蛋白以高親和力吞钤模靠在纖毛基部的 9 個位點(diǎn)。
3侮夸、BBS 蛋白定位于纖毛基部的纖毛膜附近
纖毛跨膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)依賴于 BBSome婴鞭，這是一種與 IFT 轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)的復(fù)合物。IFT27是 IFT-B 子復(fù)合體的一個組成部分熙掺，用作錨定點(diǎn)未斑，BBSome 在其上連接到IFT粒子。為了闡明纖毛基部 IFT 和 BBS 復(fù)合物之間的空間關(guān)系币绩，作者將表達(dá) BBSome 核心蛋白的四膜蟲細(xì)胞設(shè)計(jì)為與 BBS1 和 BBS5 的 N 端或 BBS9 的 N 端和 C 端連接的 3HA 標(biāo)簽的融合體蜡秽。
圖3、 BBSome缆镣、OFD1 和選定的攜帶導(dǎo)致人類纖毛病的突變的 TZ 和 IFT 蛋白的定位芽突。
STORM 成像顯示试浙，這些表位在徑向和軸向上位于 IFT 復(fù)合物 A 蛋白附近，位于 IFT 顆粒的外表面（圖 3 D-I）寞蚌，這與它們在與跨膜蛋白相互作用中的作用一致田巴。作者還發(fā)現(xiàn)纖毛基部的 BBS 蛋白模式不像 IFT 蛋白那樣規(guī)則，更難以可視化挟秤。據(jù)推測壹哺，這是由于 BBSome 與 IFT 粒子的結(jié)合不太穩(wěn)定，或者是因?yàn)?BBSome 的豐度低于 IFT 粒子的豐度艘刚，如先前的定量蛋白質(zhì)組學(xué)研究所示管宵。
（更多研究解讀將于后續(xù)分享）
04超高分辨率顯微成像系統(tǒng)iSTORM
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參考文獻(xiàn)：
Hazime, K.S., Zhou, Z., Joachimiak, E. et al. STORM imaging reveals the spatial arrangement of transition zone components and IFT particles at the ciliary base in Tetrahymena. Sci Rep 11, 7899 (2021).
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