撰文、責編 | 酶美
動力蛋白dynein是細胞內超大蛋白質機器，組裝後的複合體近~4 MDa。Dynein主要分佈在細胞質和細胞皮層下，在眾多生物學過程發揮重要功能【1】。細胞質分佈dynein主要負責沿微管系統朝向其負端運輸囊泡和細胞器。具體來講，dynein中心組分 (1.4 MDa) 為N端的重鏈二聚體、C端的6個AAA蛋白形成的催化環形結構以及兩者中間的各種接頭蛋白形成的螺旋卷杆結構部分。此外，dynactin動力激活蛋白複合體也結合於dynein上調節活性並連接更多種的貨物蛋白。Dynein在細胞內承擔了多項重要工作，它擁有多種構象（如下圖所示），活性和運輸速度調控非常複雜。因此對dynein的研究中，體外系統實驗必不可少。經典的體外實驗（in vitro，拉丁語義within glass 在玻璃瓶）中科學家將微管固定於玻片上，獲得組裝的dynein複合體，再加入不同調控組分，通過單分子TIRF成像，測量其沿著微管步移速度甚至拉力。結合在體功能實驗，我們得以窺探動力蛋白活性調控的秘密。
4月28日，Nature Cell Biology同時在線發表了三篇文章，研究者揭示Lis1（Lissencephaly-1）蛋白對dynein複合體組裝有正向促進作用而非以前認為的抑制功能。作者結合體外實驗、冷凍電鏡構象觀察等實驗，發現Lis1可穩定/參與組成dynein複合體的開放構象，並激活dynein-dynactin的組裝，從而使這一蛋白質機器沿著微管高速運動。
Dynein中心組分的體外組裝也是近五六年發展起來的。2014年，Role Vale和Andrew P Carter/Simon L Bullock分別在Science【2】和EMBO【3】發文，研究成果展示了dynein形成二聚體，從而增加與dynactin的親和性。他們在體外組成了dynein-dynactin-BICD2（接頭蛋白）複合體，並測量其步移速度和拉力生成。而單顆粒冷凍電鏡則對複合體構象進行直接觀察，dynein複合體形成二聚體再與一個dynactin形成超複合體。隨著冷凍電鏡技術和結構解析算法的發展，在眾多核心期刊發表近原子精度的dynein超大複合體多種結構。
本次三篇NCB文章則著重探究Lis1蛋白對dynein複合體活性的調控，主要實驗手段還是冷凍電鏡和體外單分子成像。總結來說，Lis1對dynein的激活調控功能如下：
1. Lis1蛋白二聚體可穩定dynein的二聚體；
2. Lis1蛋白加快dynein-dynactin-接頭蛋白複合體組裝；
3. 其後，Lis1蛋白將幫助另一個dynein二聚體加入；
4. Lis1蛋白結合加快了dynein-dynactin-接頭蛋白複合體的移動速度。即使Lis1蛋白在離開復合體後，這個超複合體仍能保持高速移動。
Dynein有很多重要功能，而細胞內觀察和測量干擾受限太多。體外實驗的發展讓科學家能一步一步追蹤Dynein構象和功能調節的變化。隨著新技術手段開發和已有實驗的精進，科學家能夠反覆對基礎、重要細胞生物學過程進行探索，並獲得新的認識。
原文鏈接：
1. https://doi.org/10.1038/s41556-020-0501-4
2. https://doi.org/10.1038/s41556-020-0492-1
3. https://doi.org/10.1038/s41556-020-0506-z
製版人：珂
參考文獻
1. Reck-Peterson, S. L., Redwine, W. B., Vale, R. D. & Carter, A. P. The cytoplasmic dynein transport machinery and its many cargoes. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 19, 382–398 (2018).
2. Schlager, M. A., Hoang, H. T., Urnavicius, L., Bullock, S. L. & Carter, A. P. In vitro reconstitution of a highly processive recombinant human dynein complex. EMBO J. 33, 1855–1868 (2014).
3. Mckenney, R. J., Huynh, W., Tanenbaum, M. E., Bhabha, G. & Vale, R. D. Activation of cytoplasmic dynein motility by dynactin-cargo adapter complexes. Science 345, 337–341 (2014).
