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感知機(jī)械信號的能力是生物體與周圍環(huán)境相互作用的基礎(chǔ)，對于生物體的生存至關(guān)重要。機(jī)械感受神經(jīng)元通過將外界的機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信號，從而開啟感受神經(jīng)通路。為了完成這一任務(wù)，神經(jīng)元發(fā)育出了特化的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)——力感受器（MO），它是由細(xì)胞膜上的力敏感通道和配套的結(jié)構(gòu)組分（如細(xì)胞骨架以及細(xì)胞外基質(zhì)）構(gòu)成的一種“結(jié)構(gòu)-力學(xué)”整體。在這一結(jié)構(gòu)中，力敏感離子通道是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵，然而其結(jié)構(gòu)組分則決定了機(jī)械感受神經(jīng)元的感覺特性（如敏感性、響應(yīng)范圍等）。為了匹配神經(jīng)元的最佳感受模式，力感受器形成了獨(dú)有的特化結(jié)構(gòu)（圖一），這些結(jié)構(gòu)也構(gòu)成了機(jī)械力信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的“結(jié)構(gòu)-力學(xué)”基礎(chǔ)。因此，探究力感受器結(jié)構(gòu)的組成和發(fā)生，對于理解機(jī)械力信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)發(fā)育具有重要意義。

圖一.果蠅力感受器的超微結(jié)構(gòu)

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究中心梁鑫課題組在《細(xì)胞生物學(xué)雜志》（Journal of Cell Biology）期刊在線發(fā)表了題為“DCX-EMAP是果蠅力感受器超微結(jié)構(gòu)的核心組織者” （DCX-EMAP is A Core Organizer for the Ultrastructure of Drosophila Mechanosensory Organelles）的研究論文。該研究通過解析果蠅力感受器的三維超微結(jié)構(gòu)組織，明確了力感受器的主要結(jié)構(gòu)復(fù)合細(xì)胞骨架是由短微管陣列與沉積在微管壁上的電子致密物質(zhì)（EDM）共同組成。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)一種特異定位于力感受器的微管相關(guān)蛋白DCX-EMAP是果蠅機(jī)械力信號轉(zhuǎn)導(dǎo)所必需的。DCX-EMAP的缺失會導(dǎo)致果蠅力感受器中的微管數(shù)量顯著降低，微管陣列嚴(yán)重受損，并伴有電子致密物質(zhì)的大量消失，表明DCX-EMAP在力感受器超微結(jié)構(gòu)的組織中發(fā)揮了重要作用。

研究人員進(jìn)一步揭示了DCX-EMAP在分子水平上的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)該蛋白在力感受器的組織過程中具有雙重作用：一方面其氨基端的DCX結(jié)構(gòu)域以抑制微管末端（包括生長末端及回縮末端）微管蛋白二聚體的解離發(fā)揮穩(wěn)定微管的作用；而其羧基端的HELP以及WD40結(jié)構(gòu)域則決定了DCX-EMAP在力感受器的特異性定位，其中WD40結(jié)構(gòu)域還參與在局部空間中組織電子致密物質(zhì)形成有序結(jié)構(gòu)的過程。因此，DCX-EMAP通過同時(shí)整合微管與電子致密物質(zhì)，在果蠅力感受器超微結(jié)構(gòu)的組織過程中發(fā)揮了核心組織者的作用。該項(xiàng)工作以DCX-EMAP為入手點(diǎn)，系統(tǒng)地闡述了果蠅力感受器結(jié)構(gòu)組織的分子機(jī)制，為理解機(jī)械力信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子機(jī)器的發(fā)生提供了新的見解。同時(shí)，對DCX-EMAP分子機(jī)制的研究，也擴(kuò)展了對于DCX家族蛋白在纖毛中作用的認(rèn)識，而這些發(fā)現(xiàn)也為纖毛病的治療提供了重要參考。

圖二.DCX-EMAP參與力感受器結(jié)構(gòu)組織的分子機(jī)制

梁鑫課題組2018級博士生宋雪薇為本文第一作者，博士后崔立虹、2018級博士生王珊及多位實(shí)驗(yàn)室同學(xué)和同事為實(shí)驗(yàn)進(jìn)行提供了重要幫助。梁鑫副教授為本文通訊作者，已出站博士后孫蘭弟（現(xiàn)任廣州實(shí)驗(yàn)室高級工程師）為共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院的支持。