相分離介導足細胞裂孔隔膜相關復合物形成的分子機制

　　8月1日，國際學術期刊Journal of the American Society of Nephrology在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）張榮光研究組的最新研究成果“Phase Separation of MAGI2-Mediated Complex Underlies Formation of Slit Diaphragm Complex in Glomerular Filtration Barrier”。在該工作中，研究人員揭示了液-液相分離在腎臟足細胞裂孔隔膜形成與維持過程的重要生物學功能。

　　腎單位是腎臟的結構與功能的基本單位，其中腎小球毛細血管壁由三層不同類型的細胞及細胞間質構成，由內向外分別是：內皮細胞(fenestrated endothelial cell)、基底膜(glomerular basement membrane，GBM)、上皮細胞(epithelial cell)，共同組成腎小球過濾系統(glomerular filtration barrier，GFB)。內皮細胞薄而密布特化的小孔，這是腎小球濾過作用的第一道屏障，由細胞外基質構成的基底膜是該過濾系統的第二道屏障，相鄰的內皮細胞及上皮細胞是合成分泌與維持基底膜結構與功能穩定的主要來源。上皮細胞高度特化，細胞邊緣極不規則，如細胞伸出的偽足，故稱為足細胞(podocyte)。典型的成熟足細胞可以明顯分為細胞體、主要突起、足突(foot process)三個部分。相鄰足細胞的足突相互交錯，通過裂孔隔膜(slit diaphragm，SD)連接。裂孔隔膜是相鄰足細胞之間的一種特殊的細胞連接結構，為防止蛋白丟失所建立的最后一道過濾屏障。目前有多種蛋白質分子在該結構中被鑒定，但具體的功能及調控機制尚不清晰。在每個裂孔隔膜的細胞質一側，都有一個高電子密度且富含蛋白質的區室結構，這對于裂孔隔膜的完整性和信號轉導至關重要。同時，現已確認多個參與編碼無膜區室成分的相關基因突變與腎小球疾病的發生相關。因此，該區域是通過什么樣的機制形成致密區是一個重要而未得到解決的科學問題。

　　本研究中，研究人員發現MAGI2，一個在裂孔隔膜區域特異表達的屬于MAGUK家族成員的支架蛋白，可以自主發生液-液相分離現象，進一步探究發現該現象由DY loop 中的酪氨酸殘基與部分PDZ結構域表面的精氨酸殘基之間的多價相互作用所介導。隨后研究人員鑒定了MAGI2與Dendrin之間的直接相互作用，并解析了MAGI2-Dendrin的復合物晶體結構。結構顯示MAGI2串聯的WW 結構域與Dendrin串聯的PPxY序列形成特異相互作用。此外，研究人員對Dendrin與CD2AP之間的相互作用進行了詳細研究，有趣的是，CD2AP也可以自主發生液-液相分離現象，隨后也探究了其中的分子機制。體內和體外實驗同時證明，MAGI2-Dendrin-CD2AP復合物之間的多價相互作用驅動高密度SD區域凝聚物的形成。重構的該凝聚物可以有效地募集跨膜蛋白Nephrin，同時與F-actin相互作用。腎病綜合征相關的 MAGI2 突變體干擾了該凝聚物的形成，從而導致對Nephrin的募集作用受到損傷。

　　綜上，本項研究通過綜合運用生物化學、結構生物學和細胞生物學等方法系統地研究了裂孔隔膜關鍵成分之間的相互作用，鑒定并組裝一條全新的信號通路，提出了多個基因突變都會導致先天性腎病綜合征的可能解釋。液-液相分離形式的發現及引入將會為足細胞間獨特的細胞連接——裂孔隔膜的生理機制研究提供更為科學的解釋，相關腎病綜合征的發病機制得到一定解答。

　　中國科學院分子細胞科學卓越創新中心博士研究生張海佼為論文第一作者，張榮光研究員和朱金偉副研究員（現為上海交通大學Bio-X研究院副教授）為通訊作者，香港科技大學張明杰院士課題組，同濟大學大學曹瑩教授課題組，以及中科院上海有機所潘李峰研究員課題組也參與了本項研究。感謝復旦大學生物醫學研究院溫文玉研究員的大力支持。感謝國家蛋白質科學研究設施（上海）BL18U和BL19U1線站，規模化蛋白質制備系統以及復合激光顯微成像系統的幫助。該研究得到國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和香港RGC的資金支持。

　　SD相關蛋白復合物介導形成的裂孔隔膜模式圖