异源三聚体驱动蛋白-2的互作共识别机制确保纤毛内运输的正确组装

研究人员针对异源三聚体驱动蛋白-2（由KLP-20/KLP-11/KAP-1组成）的组装机制不明问题，通过冷冻电镜和晶体结构解析，发现KAP-1通过中央凹槽和CTH-hook协同识别异源配对的马达尾部及触发序列（HTS），揭示了"双因子认证"式组装原理。该研究为理解纤毛内运输（IFT）和纤毛发生（ciliogenesis）提供了结构基础，发表于《Nature Communications》。

　　

在细胞内部，分子马达如同精密运输车，沿着微管轨道运送生命活动必需的"货物"。其中驱动蛋白-2（kinesin-2）家族因其独特的异源三聚体结构备受关注——它由两个不同的马达蛋白（如KLP-20和KLP-11）与一个辅助蛋白KAP组成，专门负责纤毛内运输（intraflagellar transport, IFT）这一生命活动。然而多年来，一个核心谜题始终未解：为何KAP能特异性识别两种不同的马达蛋白？这种精确识别的结构基础是什么？

中国科学院的研究团队通过冷冻电镜（cryo-EM）和X射线晶体学技术，首次解析了KAP-1与KLP-20/KLP-11尾部复合体的三维结构。研究发现KAP-1呈现超螺旋结构，其中心靶标结合凹槽同时"钳住"两个马达尾部形成的异源束状结构，而相邻的异源配对触发序列（hetero-pairing trigger sequence, HTS）则像火炬般缠绕住KAP-1的C端螺旋钩（CTH-hook）。这种"双向认证"机制确保只有正确配对的马达蛋白才能被KAP-1识别，从而完成功能性复合体组装。

关键技术方法包括：1）构建KLP-20/KLP-11/KAP-1截短体复合物进行冷冻电镜分析；2）利用SEC-MALS验证复合物化学计量比；3）通过昆虫细胞表达系统获得全长复合物；4）采用定点突变验证界面关键残基；5）在秀丽隐杆线虫（C. elegans）模型中评估IFT运输功能。

结构特征揭示组装密码
冷冻电镜显示KAP-1的ARM重复序列形成超螺旋支架，其中心凹槽宽度显著大于典型ARM蛋白（如importin），可同时容纳两个马达尾部。晶体结构进一步揭示KLP-20的短尾部与KLP-11的长尾部通过N606-Q607-T608与R668-N701-F705形成氢键网络，折叠成互补的束状结构。

界面分析验证功能单元
ARM介导的界面I包含三个亚区：la区（KAP-1 ARM3与KLP-20酪氨酸富集区相互作用）、lb区（KAP-1 ARM4-6与KLP-11疏水核心结合）和lc区（潜在磷酸化调控位点S657）。CTH-hook介导的界面II则通过F664/W671锚定HTS异源二聚体的疏水口袋。

突变实验证实机制
KAP-1的F348Q/F352Q/I559Q三联突变导致复合体完全解离，而KLP-11的R653E突变使IFT速度从0.76±0.07μm/s升至1.19±0.04μm/s，证实界面稳定性决定运输功能。HTS异源二聚体中的W-W-K-L保守基序（KLP-20 W572/W579与KLP-11 K555/L559）被证明是触发装配的关键"分子锁"。

这项研究不仅阐明异源三聚体驱动蛋白-2的组装原理，更揭示ARM-repeat蛋白的新型靶标识别模式——通过扩展的凹槽实现多组分共识别。KAP-1的CTH-hook作为ARM蛋白家族中独特的结构元件，为设计调控IFT的小分子提供了新靶点。研究还提出S657磷酸化可能作为"分子开关"调控复合体动态解离，这一假设为理解纤毛疾病中马达蛋白功能异常提供了新视角。正如审稿人所言："这项工作重新定义了我们对多亚基马达复合体组装的认识，其发现将影响整个细胞内运输领域的研究范式。"