MAP6d1蛋白Mn-基序调控纤毛双联微管组装的分子机制及其在神经元纤毛稳态中的作用

研究人员针对真核细胞纤毛核心结构——微管双联体的组装机制这一未解难题，通过TIRF显微镜和冷冻电子断层扫描技术，揭示了脑特异性蛋白MAP6d1通过其Mn-基序招募微管蛋白二聚体形成稳定双联体的分子机制。该研究发现MAP6d1不仅能启动B-微管成核，还能在单/双联微管腔内组装原纤维增强稳定性，并在神经元初级纤毛近端特异性定位以调控纤毛长度。这项发表于《Nature Communications》的研究为理解纤毛疾病（ciliopathies）的发病机制提供了新视角。

　　

纤毛作为细胞的"天线"，其核心骨架由九组特殊的双联微管构成——每个双联体包含完整的13原纤维A-微管和不完整的10原纤维B-微管。这种精妙结构对感觉传导和运动功能至关重要，但科学家们长期困惑于双联体如何组装成型。更令人担忧的是，双联体缺陷会导致多种纤毛病，而神经元中这类结构的调控机制更是迷雾重重。

法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究团队将目光投向脑特异性表达的MAP6d1蛋白。这种含有两个Mn-基序（微管腔内靶向特征序列）的蛋白质属于SAXO（稳定轴丝微管）家族，但其具体功能一直未被阐明。通过多学科交叉研究，团队发现MAP6d1能像"分子建筑师"般精确指导双联体组装：首先通过Mn2基序将游离微管蛋白招募到A-微管特定位置，进而触发B-微管成核。冷冻电镜断层扫描显示，形成的双联体A-微管含14原纤维，B-微管则以10原纤维为主（占40%），这种结构与天然纤毛高度相似。

研究采用三大关键技术：全内反射荧光显微镜（TIRF）实时观测微管动态、冷冻电子断层扫描（cryo-ET）解析三维结构、以及海马神经元模型验证生理功能。实验所用微管蛋白来自牛脑纯化，神经元样本取自MAP6d1基因敲除小鼠。

MAP6d1诱导微管暂停
TIRF实验显示，MAP6d1虽不改变微管 catastrophe（崩解）频率，但能将生长/收缩速率降低50%，并通过增加rescue（挽救）事件诱导长达20分钟的暂停。稀释实验证实，37.4%的MAP6d1稳定化微管能完全抵抗缓冲液冲洗，展现超强稳定性。

MAP6d1通过招募微管蛋白组装双联体
负染电镜发现MAP6d1处理组中40%微管形成双联体，而对照组仅为单联体。冷冻电镜断层扫描重建显示，B-微管曲率半径（15.3nm）与天然纤毛（13.5nm）接近，证实体外重建的生理相关性。

Mn-基序与N端结构域的功能分化
Mn2基序缺失突变体（ΔMn2）完全丧失微管稳定和双联体组装能力，而N端缺失突变体（Δ2-35）虽保留稳定功能，却无法诱导暂停或形成双联体。这揭示Mn-基序负责微管结合，N端则调控微管蛋白招募的空间特异性。

神经元纤毛的定位与调控
在培养海马神经元中，MAP6d1-GFP特异性定位于纤毛近端（含双联体区域），与多聚谷氨酸化微管共定位。基因敲除使神经元纤毛缩短15%，而过表达Δ2-35突变体则使纤毛异常延长2倍，证实其长度调控功能依赖正确定位。

微管腔内原纤维的创新发现
冷冻电镜首次捕捉到MAP6d1诱导的腔内双原纤维结构——它们紧邻A-微管第10-13原纤维（推测的"接缝"区域），能使B-微管曲率半径增加15%。在成熟神经元轴突中也观察到类似结构，可能解释神经元微管的特殊稳定性。

这项研究突破性地揭示了MAP6d1的双重角色：既是双联体组装的"分子蓝图"，又是微管腔内的"加固钢筋"。其Mn-基序的发现为理解SAXO家族蛋白的进化保守性提供线索，而纤毛长度调控机制的阐明则为治疗小脑萎缩、视网膜变性等纤毛病开辟新思路。特别值得注意的是，MAP6d1在出生后大脑的表达特征暗示它可能参与神经发育关键期的纤毛成熟过程，这为研究神经精神疾病提供了全新视角。