γ-TuRC的结构机制与中心体招募：揭示微管成核模板的双区室调控及有丝分裂功能

编辑推荐：本研究通过冷冻电子断层扫描技术解析了人类细胞中γ-微管蛋白环复合体(γ-TuRC)在中心体周质材料(PCM)和中心粒腔内的三维结构，发现NEDD1通过四聚体"抓钩"结构锚定γ-TuRC，CDK5RAP2以两种结合模式促进γ-TuRC闭合激活，Augmin-POC5轴将γ-TuRC定向锚定于中心粒壁。该研究首次阐明中心粒腔内γ-TuRC在有丝分裂染色体排列中的保护性释放机制，为微管组织中心(MTOC)的功能调控提供新范式。

　　在细胞生命活动中，微管网络如同城市的交通系统，而γ-微管蛋白环复合体(γ-TuRC)就是建设这些"道路"的核心工程师。作为微管成核的主要模板，γ-TuRC在中心体的两个神秘区域——中心体周质材料(PCM)和中心粒腔室中执行着截然不同的任务。然而多年来，科学家们始终被三个关键问题困扰：γ-TuRC如何在不同区室中保持结构可塑性？中心体招募γ-TuRC的分子"密码"是什么？中心粒腔内那批"沉默"的γ-TuRC究竟有何生理功能？

德国海德堡大学Stefan Pfeffer团队联合法国斯特拉斯堡大学Oliver J.Gruss团队在《Nature Communications》发表的研究，通过多尺度成像技术揭开了这些谜团。研究人员采用冷冻电子断层扫描(cryo-ET)解析人源细胞及纯化中心体中的γ-TuRC结构，结合超分辨荧光显微镜和AlphaFold2结构预测，绘制出γ-TuRC在中心体的完整分子图谱。

关键技术包括：冷冻电子断层扫描(cryo-ET)解析原位结构、单颗粒分析(SPA)获得高分辨率重建、MINFLUX纳米显微镜实现10nm级空间定位、Xenopus laevis卵母细胞提取系统纯化天然复合物，以及CRISPR编辑的RPE1细胞系进行功能验证。

研究结果揭示：

1. PCM区γ-TuRC的结构特征：通过22.4?分辨率的cryo-ET重建，发现NEDD1形成四聚体"抓钩"结构，其C端螺旋与四个GCP3/MZT1模块结合，同时GCP5/6特异性延伸段参与锚定。免疫共沉淀实验证实，破坏NEDD1四聚化(L600D/L614D/M629D)或界面残基(V612A/V616A/I619A)会完全阻断γ-TuRC结合。

2. CDK5RAP2的双重调控模式：在γ-TuRC的"向外"构象中，CDK5RAP2的CM1模体仅结合于第13号辐条的GCP2；而在"向内"构象中，CM1模体转至1/3/5/7号辐条，促使γ-TuRC前8个辐条的γ-微管分子形成微管兼容排列。CDK5RAP2敲除实验证实这些密度确为CM1模体。

3. 中心粒腔室的精密组织：MINFLUX纳米显微镜显示Augmin通过TIII亚基与NEDD1C端互作，将γ-TuRC簇以75nm间距锚定在中心粒壁。POC5突变体(S224E/R227A/K228A)破坏Augmin结合后，γ-TuRC的胞内稳定性降低3倍。

4. 有丝分裂的调控开关：超分辨膨胀显微镜(U-ExM)显示PLK1激酶促使腔内γ-TuRC-Augmin复合体在分裂期释放，促进染色体正确排列。周期蛋白追踪实验证实，中心粒腔室为γ-TuRC提供"避风港"，防止其在间期降解。

这项研究首次完整描绘了γ-TuRC在中心体的空间组织蓝图：在PCM区，NEDD1作为通用适配器整合CDK5RAP2等调控因子；在中心粒腔室，Augmin-POC5轴形成保护性存储库。这种双区室策略不仅解释了γ-TuRC活性调控的结构基础，更揭示了细胞周期依赖的微管成核能力调控机制，为小头畸形等微管相关疾病提供新的病理框架。特别值得注意的是，中心粒腔室作为γ-TuRC的"军火库"，通过有丝分裂期程序性释放确保纺锤体组装的爆发力，这一发现革新了人们对中心体区室化功能的认识。