點(diǎn)評(píng) |朱學(xué)良（中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心）、姚雪彪（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

2026年2月18日， 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部張凱課題組在Nature期刊在線發(fā)表了題為Roles of microtubules and LIS1 in dynein transport machinery assembly的研究論文。該研究系統(tǒng)性地揭示了微管與LIS1介導(dǎo)的胞質(zhì)動(dòng)力蛋白-1（dynein）運(yùn)輸系統(tǒng)的組裝與啟動(dòng)的新機(jī)制，這與領(lǐng)域過(guò)去十多年盛行的經(jīng)典模型顯著不同。新的發(fā)現(xiàn)表明：Dynein運(yùn)輸復(fù)合體的組裝并不由傳統(tǒng)認(rèn)為的接頭蛋白介導(dǎo)，也不發(fā)生在以往認(rèn)為的胞質(zhì)中，而是直接發(fā)生在“再常見(jiàn)不過(guò)、以至于被長(zhǎng)期忽視”的微管上。研究表明，微管不僅是為運(yùn)輸復(fù)合體提供被動(dòng)的軌道，更是一種主動(dòng)的介導(dǎo)運(yùn)輸機(jī)器的裝配平臺(tái)，而LIS1的介入則重塑了原有的組裝過(guò)程，并特異性地募集低微管親和力的dynein分子到微管附近。

細(xì)胞“運(yùn)輸系統(tǒng)”的核心難題

在真核細(xì)胞中，大量生命活動(dòng)依賴于時(shí)空上精確而高效的物質(zhì)運(yùn)輸。線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、高爾基體、自噬體、細(xì)胞核、RNA-蛋白復(fù)合物、各類囊泡、蛋白聚集體，以及細(xì)胞骨架及骨架蛋白自身等，都需要在特定時(shí)間被運(yùn)送到特定位置。承擔(dān)這一關(guān)鍵任務(wù)的核心動(dòng)力來(lái)源之一，是骨架分子馬達(dá)，其中胞質(zhì)動(dòng)力蛋白-1負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)幾乎所有的沿著微管的負(fù)向運(yùn)輸過(guò)程。Dynein在細(xì)胞中的作用就如同汽車等交通工具對(duì)人類日常生活的影響一樣重要，廣泛參與神經(jīng)發(fā)育、免疫極化、蛋白質(zhì)清除、精子形成、纖毛運(yùn)動(dòng)和胚胎發(fā)育等幾乎一系列關(guān)鍵過(guò)程，也關(guān)鍵性地負(fù)責(zé)病毒等病原體在宿主細(xì)胞中的長(zhǎng)距離定向運(yùn)輸。鑒于其對(duì)大量基本生命活動(dòng)至關(guān)重要，dynein自身或其輔因子的功能障礙與多種神經(jīng)退行性疾病、發(fā)育異常及免疫缺陷密切相關(guān)。

圖1：Dynein由自抑制的“Φ?！北患せ顬镈DA復(fù)合物的總體機(jī)制。紅色問(wèn)號(hào)表示這些過(guò)程的深入機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

然而，dynein 本身處于兩級(jí)自抑制狀態(tài)（Cell 2017）：（1）單獨(dú)的dynein主要以一種被稱為“Φ?！弊拥臓顟B(tài)存在，處于自鎖狀態(tài)，無(wú)法完成機(jī)械化學(xué)循環(huán)，也無(wú)法結(jié)合微管；（2）即使dynein可以自發(fā)或受到輔因子調(diào)控打開(kāi)，開(kāi)放態(tài)的dynein無(wú)法處于穩(wěn)定的平行構(gòu)象，不能有效做持續(xù)性的單向運(yùn)輸，只能處于極低程度的運(yùn)動(dòng)活性。只有與激活因子 dynactin 及貨物適配蛋白（adaptor）組裝形成 dynein–dynactin–adaptor（DDA）三元復(fù)合體后，才能實(shí)現(xiàn)高效、持續(xù)的運(yùn)動(dòng)。因此，一個(gè)核心問(wèn)題始終困擾著該領(lǐng)域：dynein驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞運(yùn)輸機(jī)器如何組裝并啟動(dòng)的？

一個(gè)長(zhǎng)期存在的困惑：組裝效率為何如此矛盾？

傳統(tǒng)模型認(rèn)為，DDA 復(fù)合體首先在細(xì)胞質(zhì)中完成組裝，然后整體結(jié)合到微管上啟動(dòng)運(yùn)輸。然而，這一模型存在明顯問(wèn)題：在體外條件下，復(fù)合體組裝效率極低（~3%），往往需要大量 adaptor 或非生理?xiàng)l件才能觀察到穩(wěn)定復(fù)合物。因?yàn)閐ynein樣品本身就是屬于特別難對(duì)付的那種類型，這種極低的組裝效率在過(guò)去往往被簡(jiǎn)單地認(rèn)為 “樣品性質(zhì)不好”。然后，研究人員通過(guò)系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)事情遠(yuǎn)非如此，即便得到幾近完美的樣品也是同樣的behavior。這一現(xiàn)象與其在細(xì)胞內(nèi)高效、快速的運(yùn)輸形成鮮明對(duì)比，也提示研究人員重新思考：是不是DDA復(fù)合物在胞漿中本來(lái)就是這種效率？或adaptors介導(dǎo)的組裝途徑壓根就不是它的主要形式，亦或者細(xì)胞中極有可能存在不同的組裝路徑。

太顯而易見(jiàn)了，以至于被長(zhǎng)期忽視的“主角”——微管

研究人員系統(tǒng)重構(gòu)了DDA復(fù)合物的體外組裝過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有微管的條件下，即使使用高親和力接頭蛋白，溶液中三元復(fù)合物形成比例仍僅約3%，且這一低效率在不同核苷酸條件下均保持一致。相比之下，在微管存在時(shí)，復(fù)合體組裝效率顯著提高，并表現(xiàn)出明顯的核苷酸依賴性。

進(jìn)一步定量分析顯示，隨著微管濃度增加，更多dynein–dynactin（DD）復(fù)合物結(jié)合到微管上。在非水解型ATP條件下，多達(dá)約80%的dynein以DD形式結(jié)合微管；即使在通常認(rèn)為親和力較低的ATP或ADP·Vi條件下，也能觀察到穩(wěn)定裝配。電子顯微鏡分析進(jìn)一步表明，在混合體系中形成的三元復(fù)合物幾乎全部定位于微管上。

為驗(yàn)證這一現(xiàn)象的普遍性，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)多種已報(bào)道的接頭蛋白進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，包括BICDR1、BICD2、HOOK3、RILP、SPDL1、JIP家族和HAP1等。結(jié)果顯示，在缺乏微管時(shí)，大多數(shù)體系中仍以分離狀態(tài)的dynein和dynactin為主，而三元復(fù)合體形成極為有限。這表明，微管是介導(dǎo)運(yùn)輸復(fù)合體組裝的關(guān)鍵因素，不僅僅只提供被動(dòng)軌道。

新的組裝機(jī)制：微管先行，而非接頭蛋白驅(qū)動(dòng)

傳統(tǒng)模型認(rèn)為，接頭蛋白首先介導(dǎo)dynein與dynactin結(jié)合，并關(guān)鍵性地決定了dynein-dynactin的化學(xué)計(jì)量（例如BICDR1和BICD2分別介導(dǎo)2個(gè)和1個(gè)dynein分子結(jié)合dynactin，Nature 2018）。新的研究結(jié)果則顯示，與傳統(tǒng)認(rèn)知?jiǎng)偤孟喾?，dynein在結(jié)合微管后即可發(fā)生關(guān)鍵構(gòu)象變化，其馬達(dá)結(jié)構(gòu)域自動(dòng)排列為平行狀態(tài)，并進(jìn)一步誘導(dǎo)尾部區(qū)域形成有利于dynactin結(jié)合的構(gòu)象，從而高效形成DD復(fù)合物。特別的，結(jié)合微管后的dynein-dynactin復(fù)合物始終自發(fā)呈現(xiàn)穩(wěn)定的2:1化學(xué)計(jì)量比，且這一過(guò)程完全不依賴于接頭蛋白。這一發(fā)現(xiàn)表明，dynein運(yùn)輸系統(tǒng)是優(yōu)先在其行走的“軌道”微管上直接形成的，而在胞質(zhì)中的接頭蛋白并非其初始裝配的決定因素。

圖2：DDA組裝復(fù)合體在微管上的模型圖、不同狀態(tài)的冷凍電鏡檢查，以及沒(méi)有接頭蛋白的情況下的DD-MT高分辨結(jié)構(gòu)。

接頭蛋白的動(dòng)態(tài)進(jìn)入與交換

在新的框架下，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是接頭蛋白如何結(jié)合到已形成的微管結(jié)合DD復(fù)合物中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)論是先在溶液中預(yù)組裝后再加入微管，還是先在微管上形成DD復(fù)合物再加入接頭蛋白，均可成功形成DDA復(fù)合體。這說(shuō)明接頭蛋白能夠在DD復(fù)合物形成后再結(jié)合。更深入的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和生化分析表明，DD復(fù)合物存在一種特殊的動(dòng)態(tài)構(gòu)象波動(dòng)，可在特定狀態(tài)下開(kāi)放關(guān)鍵結(jié)合位點(diǎn)，從而形成一種 “動(dòng)態(tài)門控”機(jī)制，允許接頭蛋白直接進(jìn)入在微管上的DD復(fù)合物。進(jìn)一步的微管上競(jìng)爭(zhēng)性實(shí)驗(yàn)表明，不同接頭蛋白可以在微管上對(duì)同一DD復(fù)合物進(jìn)行替換，高親和力接頭能夠取代低親和力接頭，而無(wú)需復(fù)合體徹底解離。這一機(jī)制成功解釋了細(xì)胞中長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中接頭蛋白的階段性交替，而傳統(tǒng)模型則和這些現(xiàn)象相悖。

研究人員進(jìn)一步探討了adaptors是如何被招募到微管結(jié)合的DD復(fù)合物上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多數(shù)adaptors一個(gè)關(guān)鍵結(jié)合區(qū)域CC1 box處于自抑制狀態(tài)，被一段類似于dynein中輕鏈（LIC）的螺旋結(jié)構(gòu)所占據(jù)，形成一種“自我封閉”（self-locked）的構(gòu)象。去除這一抑制螺旋后，adaptor與DD復(fù)合物的結(jié)合親和力明顯增強(qiáng)。然而，如果進(jìn)一步將整個(gè)CC1 box區(qū)域刪除，反而會(huì)顯著降低結(jié)合能力。值得注意的是，這一現(xiàn)象在先于微管和微管結(jié)合后（post-MT）再招募的兩種條件下均一致，說(shuō)明CC1 box既受到自抑制調(diào)控，又是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定招募所必需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元件。

視頻1：Dynein中輕鏈LIC介導(dǎo)的adaptor招募機(jī)制。特別地，冷凍電鏡結(jié)果揭示這兩條用于捕獲adaptors的LIC的C端需要來(lái)自兩個(gè)不同的Dynein二聚體各貢獻(xiàn)一條。這進(jìn)一步暗示了2:1的DD復(fù)合物是招募adaptors的先決條件，而不是相反的機(jī)制，并且2:1化學(xué)計(jì)量是微管誘導(dǎo)的內(nèi)在形式，與adaptors無(wú)關(guān)。

微管上的接頭交換：長(zhǎng)距離持續(xù)運(yùn)輸成為可能

如果 adaptor 能夠“擠入”已形成的微管結(jié)合 DD 復(fù)合物,那么也就存在一種可能性:接頭蛋白有可能在該復(fù)合物不被徹底解聚的前提下，也是可以在DD種與其它接頭相互交換的 (exchangeable)。

為驗(yàn)證這一假設(shè),研究人員設(shè)計(jì)并進(jìn)行了一個(gè)“微管上的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)” (on-microtubule competition assay)。簡(jiǎn)單說(shuō)，研究人員首先在微管上組裝形成 DDK 復(fù)合物,這是比較弱的一直DDA complex，隨后向沉淀中加入含有 BicDR1 的溶液。同時(shí)還并進(jìn)行了反向?qū)嶒?yàn)，即先組裝 DDB，再加入 Track2。凝膠結(jié)果清楚顯示：BicDR1 能有效置換 Track2 進(jìn)入 DD 復(fù)合物，而由于親和力較低，Track2 幾乎無(wú)法競(jìng)爭(zhēng)性地置換 BicDR1。不過(guò)，當(dāng)刪除了 Track2 中的自抑制螺旋 (autoinhibited helix)，從而增強(qiáng)其結(jié)合親和力后，Track2 即可在一定程度上與 BicDR1 進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)在微管上的部分置換。

圖3：冷凍電鏡結(jié)果直接“看到”不同親和力的adaptors可以直接在預(yù)組裝的DD-MT復(fù)合物內(nèi)部直接競(jìng)爭(zhēng)交換，與生化結(jié)果相互印證。

研究人員進(jìn)一步進(jìn)行了 冷凍電鏡 (cryo-EM) 分析，以定量觀察 微管上 adaptor 競(jìng)爭(zhēng)置換過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果與凝膠實(shí)驗(yàn)的觀察高度一致。研究首先獲得了微管結(jié)合態(tài)的DDK和DDR復(fù)合物并對(duì)兩種不同親和力的DDA復(fù)合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)比較。在預(yù)組裝DDK–微管復(fù)合物后，加入 BicDR1 所獲得的結(jié)構(gòu)，很明顯，大多數(shù)復(fù)合物已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?DDR,僅有少數(shù)例外仍保留為 DDK。和凝膠果一直,反過(guò)來(lái)用DDK來(lái)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)形成好的DDR則不行。

LIS1：擴(kuò)展組裝過(guò)程，而非產(chǎn)量

長(zhǎng)期以來(lái)，LIS1被認(rèn)為是促進(jìn)dynein激活和DDA復(fù)合體形成的關(guān)鍵因子，其真實(shí)作用機(jī)制一直不清，甚至不同研究結(jié)果在特定情況下相互矛盾。本研究發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)干凈的體系中，遵循單一因子變量原則，系統(tǒng)性地驗(yàn)證了無(wú)論在溶液還是微管上，LIS1幾乎不會(huì)顯著增加最終DDA復(fù)合體的產(chǎn)量，表明其作用并不體現(xiàn)在形成更多復(fù)合體的“數(shù)量”層面。

圖4：動(dòng)態(tài)冷凍電鏡分析揭示了LIS-p150介導(dǎo)的弱微管親和力的dynein分子捕獲機(jī)制。

進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)、生化和單分子分析顯示，LIS1的核心功能在于調(diào)控組裝“過(guò)程”：它能夠穩(wěn)定多種組裝中間體，擴(kuò)展組裝的構(gòu)象空間，并特異性標(biāo)記處于低微管親和力狀態(tài)的dynein分子。與此同時(shí)，dynactin上的長(zhǎng)而柔性的p150結(jié)構(gòu)可從微管上的預(yù)組裝DD復(fù)合體伸出，像“章魚(yú)觸手”一樣特異性地捕獲這些被LIS1標(biāo)定的低微管親和力的dynein，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)募集；而當(dāng)dynein穩(wěn)定結(jié)合微管形成平行構(gòu)象后，微管結(jié)合導(dǎo)致的變構(gòu)效則迫使LIS1從dynein上解離。

自此，研究人員證明LIS1真正的作用并不是增加最終的運(yùn)輸復(fù)合體量，而是通過(guò)重塑組裝路徑、提高動(dòng)態(tài)招募效率，并在運(yùn)輸過(guò)程中增強(qiáng)其靈活性和動(dòng)力學(xué)性能。這一結(jié)果清晰地區(qū)分了“量”與“過(guò)程”混淆導(dǎo)致的誤區(qū)，協(xié)調(diào)了領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期存在的爭(zhēng)論。

圖5：本研究對(duì)dynein運(yùn)輸復(fù)合體組裝的新機(jī)制系統(tǒng)性總結(jié)和更新。關(guān)于經(jīng)典模型部分（x）因其僅占整個(gè)組裝效率的3%左右并在以往文獻(xiàn)中有更詳細(xì)解釋，所以在本圖中省略。

中科大生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部張凱教授為本研究的通訊作者，南京醫(yī)科大學(xué)饒欽輝教授（張凱實(shí)驗(yàn)室前博后，兼本論文共通訊）及中科大張凱實(shí)驗(yàn)室楊俊特任副研究員為文章共同一作。張凱實(shí)驗(yàn)室前博士生柴鵬鑫博士（現(xiàn)為哈佛大學(xué)博士后）發(fā)展的微管結(jié)合態(tài)運(yùn)輸復(fù)合體的高分辨cryo-EM方法對(duì)本研究有關(guān)鍵推動(dòng)作用，科羅拉多州立大學(xué)Steven Markus教授在DDA組裝效率方面給予了重要協(xié)作。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10153-y

張凱實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事高分辨原位成像、細(xì)胞骨架及骨架馬達(dá)蛋白、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、能量代謝，并致力于融合經(jīng)典分析+AI+高性能計(jì)算賦能的全尺度高分辨細(xì)胞結(jié)構(gòu)組學(xué)等前沿方向。在原位技術(shù)和大規(guī)模細(xì)胞結(jié)構(gòu)組不斷完善成熟的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室亦重點(diǎn)關(guān)注并長(zhǎng)期致力于發(fā)展相關(guān)技術(shù)在新型診斷、疾病早篩和健康管理等方向的潛在重大醫(yī)療應(yīng)用，歡迎對(duì)相關(guān)研究方向感興趣的各個(gè)領(lǐng)域的理工學(xué)科的優(yōu)秀學(xué)生、博后及青年學(xué)者加盟。

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專家點(diǎn)評(píng)

朱學(xué)良（中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/生化與細(xì)胞所 教授/研究員）

細(xì)胞猶如城市，需要通過(guò)各類交通運(yùn)輸來(lái)幫助維持穩(wěn)態(tài)和行使功能。胞內(nèi)運(yùn)輸所用的“車輛”是被稱為分子馬達(dá)（molecular motor）的蛋白質(zhì)復(fù)合物[1]，而“公路”則是細(xì)胞骨架微管和微絲。分子馬達(dá)通過(guò)結(jié)合細(xì)胞器等“貨物”并水解腺苷三磷酸（ATP）以化學(xué)能驅(qū)動(dòng)構(gòu)象變化，使其兩條重鏈（heavy chain）的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域如雙腿般交替沿微管或微絲行走，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸功能。分子馬達(dá)也行使?fàn)坷δ埽诩?xì)胞分裂、細(xì)胞遷移、肌肉收縮等過(guò)程中發(fā)揮作用。

細(xì)胞內(nèi)的長(zhǎng)途運(yùn)輸主要由胞質(zhì)動(dòng)力蛋白(cytoplasmic dynein）和驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)這兩類微管依賴性分子馬達(dá)來(lái)完成[2, 3]。它們分別朝向微管的負(fù)端和正端運(yùn)動(dòng)，介導(dǎo)負(fù)向和正向的運(yùn)輸。驅(qū)動(dòng)蛋白以眾多的種類來(lái)適配不同的貨物，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而胞質(zhì)動(dòng)力蛋白只有兩種，因此其組成、結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)理尤為復(fù)雜。其中，胞質(zhì)動(dòng)力蛋白1（dynein-1）可通過(guò)更換不同的接頭蛋白(adaptor)而結(jié)合不同的貨物，負(fù)責(zé)了胞體內(nèi)幾乎所有貨物的負(fù)向運(yùn)輸。它不僅擁有長(zhǎng)度超過(guò)四千氨基酸的兩條重鏈和多條中鏈、中輕鏈、輕鏈，還處于雙重自抑制狀態(tài)，需要逐步解除自抑制，并與由二十多個(gè)亞基組成的動(dòng)力蛋白激活蛋白(dynactin)和一種接頭蛋白形成三元復(fù)合物（DDA復(fù)合體），才成為能在微管上持續(xù)行走的活性形式[2]。如此復(fù)雜的生物納米機(jī)器究竟如何實(shí)現(xiàn)自組裝是個(gè)長(zhǎng)期被關(guān)注的重要科學(xué)問(wèn)題，但由于研究技術(shù)和方法的局限，進(jìn)展緩慢。近年來(lái)，隨著冷凍電鏡技術(shù)在解析復(fù)雜蛋白質(zhì)復(fù)合物的精細(xì)結(jié)構(gòu)方面顯示出越來(lái)越強(qiáng)大的能力，才得以打破僵局。耶魯大學(xué)/中國(guó)科技大學(xué)張凱教授研究組的在Nature剛發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)，即主要采用冷凍電鏡技術(shù)，揭示了DDA復(fù)合體組裝的全新機(jī)理并修訂了領(lǐng)域內(nèi)的認(rèn)知。

前人的研究提示接頭蛋白先在胞質(zhì)中介導(dǎo)DDA復(fù)合體形成，且接頭蛋白的種類決定了DDA中Dynein-1和Dynactin的分子比（2：1或1：1）[4]。然而，張凱組發(fā)現(xiàn)純化的豬細(xì)胞內(nèi)源dynein-1即能單獨(dú)在微管上形成有利于Dynactin結(jié)合的開(kāi)放構(gòu)象，且能和Dynactin在微管上高效組裝成具有2：1分子比的二元DD復(fù)合物。該DD復(fù)合物能夠進(jìn)一步招募各種的接頭蛋白形成DDA復(fù)合體。而且，高親和力的接頭蛋白還可以競(jìng)爭(zhēng)性替換DDA復(fù)合體中的低親和力接頭蛋白。由于微管在細(xì)胞內(nèi)分布廣泛，且與DD復(fù)合物的表觀親和力比接頭蛋白要高出約5倍，這一全新的微管依賴性組裝模型更像是反映了細(xì)胞內(nèi)DDA復(fù)合體的主要組裝機(jī)制。相比之下，接頭蛋白介導(dǎo)的組裝效率很低，即使在細(xì)胞內(nèi)能發(fā)生，也只可能是次要機(jī)制。同時(shí)，新模型可輕松解釋諸如Dynein-1在從神經(jīng)軸突末端向胞體運(yùn)輸自噬體的過(guò)程中會(huì)更換不同的接頭蛋白的現(xiàn)象[5]。

張凱組還進(jìn)一步探究了LIS1在DDA復(fù)合體組裝中的作用。LIS1因其基因突變導(dǎo)致人類大腦缺乏腦回（無(wú)腦回征，lissencephaly）而得名,其與Dynein-1的聯(lián)系可追溯到90年代其同源蛋白NudF與Dynein-1屬于影響構(gòu)巢曲霉（Aspergillus nidulans）菌絲內(nèi)細(xì)胞核遷移的同一個(gè)遺傳通路的研究發(fā)現(xiàn)[6, 7]。我實(shí)驗(yàn)室曾通過(guò)一系列研究率先證明該通路的另一成員NudE[8]在哺乳動(dòng)物中的同源蛋白Nudel和NudE (后來(lái)被改稱NDEL1和NDEl)及其與Dynein-1和LIS1的結(jié)合，是Dynein-1在胞內(nèi)運(yùn)輸和有絲分裂中的活性所必須的[9-13]，但盡管有多方后續(xù)研究[14]，精細(xì)可信的分子機(jī)理直到最近才被張凱組及其合作者闡明：LIS1促進(jìn)Dynein-1分子解除第一重自抑制構(gòu)象，而NDE1則促進(jìn)LIS1與自抑制Dynein-1的高效結(jié)合[15, 16]。在這篇Nature論文中張凱組進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，LIS1并不促進(jìn)更多DDA復(fù)合體的形成，而是通過(guò)標(biāo)記低微管親和力的Dynein-1、穩(wěn)定中間態(tài)等提高DD復(fù)合物中第二個(gè)dynein-1分子的招募效率，促進(jìn)DDA復(fù)合體的快速形成。

張凱教授研究組這些系統(tǒng)性的研究發(fā)現(xiàn)令人信服，可望對(duì)深入解析Dynein-1介導(dǎo)的細(xì)胞活動(dòng)的分子機(jī)理產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。同時(shí)，也讓人對(duì)其它動(dòng)力蛋白的功能復(fù)合物的裝配機(jī)理浮想聯(lián)翩。另一種胞質(zhì)動(dòng)力蛋白（cytoplasmic dynein-2）的功能是介導(dǎo)鞭毛/纖毛內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸（intraflagellar transport, IFT），它結(jié)合IFT復(fù)合物而非Dynactin和接頭蛋白，并進(jìn)一步組裝成“IFT列車”行使功能[17, 18]。此外，還有8種動(dòng)力蛋白被錨定在軸絲微管上（因而叫做軸絲動(dòng)力蛋白，axonemal dynein），驅(qū)動(dòng)鞭毛/纖毛的快速擺動(dòng)，其中7種只有一條“腿”[18]。盡管目前對(duì)相關(guān)裝配機(jī)理也有深刻認(rèn)識(shí)[17, 19]，但均未涉及微管的貢獻(xiàn)?！皠∏椤睂?lái)是否也會(huì)出現(xiàn)大反轉(zhuǎn)呢？我們拭目以待。

專家點(diǎn)評(píng)

姚雪彪（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

利用冷凍電鏡單顆粒技術(shù)與新的解析方法相結(jié)合，張凱團(tuán)隊(duì)在微管馬達(dá)蛋白dynein復(fù)合體的構(gòu)-效關(guān)聯(lián)研究方向做出了一系列創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)。他們這項(xiàng)最新研究改變了我們對(duì)在馬達(dá)蛋白在胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)膫鹘y(tǒng)認(rèn)知，具有范式變革的意義。長(zhǎng)期以來(lái)，領(lǐng)域普遍認(rèn)為dynein運(yùn)輸復(fù)合體主要在胞質(zhì)中由接頭蛋白（adaptors）介導(dǎo)整個(gè)機(jī)器的組裝，而該工作系統(tǒng)證明，微管本身才是運(yùn)輸機(jī)器的關(guān)鍵裝配平臺(tái)，能夠主動(dòng)促進(jìn)dynein–dynactin復(fù)合體的組裝、構(gòu)象重排及化學(xué)計(jì)量比，并在不依賴adaptors。這一發(fā)現(xiàn)將微管從傳統(tǒng)意義上的“被動(dòng)軌道”提升為“主動(dòng)組織者”，從根本上改變了我們對(duì)dynein驅(qū)動(dòng)的胞內(nèi)運(yùn)輸體的啟動(dòng)機(jī)制的理解。

此項(xiàng)研究同時(shí)更新了我們對(duì)LIS1分子功能本質(zhì)的傳統(tǒng)認(rèn)知：其主要功能并非直接增加運(yùn)輸復(fù)合體的最終產(chǎn)量，而是穩(wěn)定組裝中間體、擴(kuò)展構(gòu)象空間并促進(jìn)低親和力dynein的動(dòng)態(tài)募集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)組裝及運(yùn)輸過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)控。這一新購(gòu)效概念的建立為深入理解dynein調(diào)控機(jī)制提供了新的統(tǒng)一框架。

盡管該研究在方法上主要基于體外重組體系，但全文核心始終圍繞細(xì)胞生物學(xué)問(wèn)題，并逐步深入地回答細(xì)胞是如何在特定的時(shí)間和空間啟動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器。例如，文章中清晰地闡明了adaptors是如何動(dòng)態(tài)進(jìn)入在微管上預(yù)組裝的dynein-dynactin，以及如何在復(fù)合物不解聚的前提下實(shí)現(xiàn)adaptors的交換機(jī)制，為神經(jīng)系統(tǒng)中的高效的長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程給出重要見(jiàn)解。正如論文評(píng)審專家所說(shuō)，這項(xiàng)工作“非常出人意料，將在該領(lǐng)域乃至整個(gè)細(xì)胞生物學(xué)界引起廣泛關(guān)注”。

總體而言，該研究將分子機(jī)制研究緊密連接到胞內(nèi)運(yùn)輸層面的調(diào)控邏輯之中，對(duì)理解dynein蛋白質(zhì)機(jī)器在細(xì)胞極性建立、神經(jīng)發(fā)育、胞內(nèi)運(yùn)輸及相關(guān)突變體驅(qū)動(dòng)相關(guān)疾病演進(jìn)機(jī)制具有重要意義，我們期待高時(shí)空分辨dynein運(yùn)輸復(fù)合體調(diào)控胞內(nèi)運(yùn)輸快照（snapshot）的誕生。

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)：

1.Vale, R.D., The molecular motor toolbox for intracellular transport. Cell, 2003.112(4): p. 467-80.

2.Reck-Peterson, S.L., et al., The cytoplasmic dynein transport machinery and its many cargoes. Nat Rev Mol Cell Biol, 2018.19(6): p. 382-398.

3.Yildiz, A., Mechanism and regulation of kinesin motors. Nat Rev Mol Cell Biol, 2025.26(2): p. 86-103.

4.Urnavicius, L., et al., Cryo-EM shows how dynactin recruits two dyneins for faster movement. Nature, 2018.554(7691): p. 202-206.

5.Cason, S.E., et al., Sequential dynein effectors regulate axonal autophagosome motility in a maturation-dependent pathway. J Cell Biol, 2021.220(7).

6.Xiang, X., S.M. Beckwith, and N.R. Morris, Cytoplasmic dynein is involved in nuclear migration in Aspergillus nidulans. Proc Natl Acad Sci U S A, 1994.91(6): p. 2100-4.

7.Xiang, X., et al., NudF, a nuclear migration gene in Aspergillus nidulans, is similar to the human LIS-1 gene required for neuronal migration. Mol Biol Cell, 1995.6(3): p. 297-310.

8.Efimov, V.P. and N.R. Morris, The LIS1-related NUDF protein of Aspergillus nidulans interacts with the coiled-coil domain of the NUDE/RO11 protein. J Cell Biol, 2000.150(3): p. 681-8.

9.Liang, Y., et al., Nudel functions in membrane traffic mainly through association with Lis1 and cytoplasmic dynein. J Cell Biol, 2004.164(4): p. 557-66.

10.Zhang, Q., et al., Nudel promotes axonal lysosome clearance and endo-lysosome formation via dynein-mediated transport. Traffic, 2009.10(9): p. 1337-49.

11.Liang, Y., et al., Nudel Modulates Kinetochore Association and Function of Cytoplasmic Dynein in M Phase. Mol Biol Cell, 2007.18: p. 2656-2666.

12.Yan, X., et al., Human Nudel and NudE as regulators of cytoplasmic dynein in poleward protein transport along the mitotic spindle. Mol Cell Biol, 2003.23(4): p. 1239-50.

13.Li, Y., et al., Kinetochore dynein generates a poleward pulling force to facilitate congression and full chromosome alignment. Cell Res, 2007.17(8): p. 701-12.

14.Garrott, S.R., J.P. Gillies, and M.E. DeSantis, Nde1 and Ndel1: Outstanding Mysteries in Dynein-Mediated Transport. Front Cell Dev Biol, 2022.10: p. 871935.

15.Geohring, I.C., et al., A nucleotide code governs Lis1's ability to relieve dynein autoinhibition. Nat Chem Biol, 2026.

16.Yang, J., et al., Nde1 promotes Lis1 binding to full-length autoinhibited human dynein 1. Nat Chem Biol, 2026.22(2): p. 274-283.

17.Lacey, S.E. and G. Pigino, The intraflagellar transport cycle. Nat Rev Mol Cell Biol, 2025.26(3): p. 175-192.

18.Klena, N. and G. Pigino, Structural Biology of Cilia and Intraflagellar Transport. Annu Rev Cell Dev Biol, 2022.38: p. 103-123.

19.Qiu, T. and S. Roy, Ciliary dynein arms: Cytoplasmic preassembly, intraflagellar transport, and axonemal docking. J Cell Physiol, 2022.237(6): p. 2644-2653.

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