《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：ZDHHC5 interacts physically and functionally with DLG1 at primary cilia and regulates ciliary length and kidney morphology
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引言：初级纤毛是关键的感官细胞器，其结构与组成受到严格调控。Scribble极性复合体蛋白DLG1（Discs large homolog 1）最近被发现参与调控小鼠肾上皮细胞的纤毛蛋白组成和长度。此外，棕榈酰转移酶ZDHHC5（zinc finger DHH
引言：初级纤毛是关键的感官细胞器，其结构与组成受到严格调控。Scribble极性复合体蛋白DLG1（Discs large homolog 1）最近被发现参与调控小鼠肾上皮细胞的纤毛蛋白组成和长度。此外，棕榈酰转移酶ZDHHC5（zinc finger DHHC-type containing 5）定位于初级纤毛并负向调控其长度。然而，DLG1介导的纤毛调控及其相互作用网络的分子机制仍不明确。方法：为鉴定与纤毛相关的DLG1相互作用蛋白，研究人员建立了稳定表达DLG1-BioID2的小鼠内髓集合管（IMCD3）细胞系，并在纤毛诱导条件下进行邻近依赖性生物素化蛋白质组学分析。通过免疫沉淀、AlphaFold结构建模和定量免疫荧光显微镜验证候选相互作用。进一步利用敲低zdhhc5旁系同源物的斑马鱼模型评估体内功能相关性。结果：邻近标记鉴定出46个高置信度DLG1相互作用蛋白，其中35个先前已与纤毛或中心体蛋白网络相关联。在这些蛋白中，ZDHHC5通过免疫沉淀被确认为DLG1相互作用蛋白，结构建模支持潜在的直接相互作用。定量成像表明ZDHHC5独立于DLG1定位于初级纤毛。进一步分析显示DLG1还与SCAMP3和STXBP1相互作用，且DLG1是STXBP1在纤毛基部正确定位所必需的。在斑马鱼中，敲低zdhhc5a和zdhhc5b导致纤毛病样表型，包括脑水肿、弯曲体轴和肾小球结构增大，同时大脑和原肾的纤毛显著延长。讨论：这些发现扩展了DLG1相互作用组，并鉴定了关键的纤毛相关伙伴，包括ZDHHC5和STXBP1，它们可能参与调控纤毛结构和功能。数据支持一个模型，即DLG1通过特定的蛋白质-蛋白质相互作用调节纤毛长度和信号传导，该网络的破坏导致纤毛病相关表型。总之，本研究为肾上皮细胞中极性复合体介导的初级纤毛调控提供了新的机制见解。
初级纤毛是存在于多种脊椎动物细胞（包括肾上皮细胞）表面、类似天线的感官细胞器，调控Sonic hedgehog信号、G蛋白偶联受体信号以及Polycystin-1/Polycystin-2复合体介导的信号通路。纤毛结构和组成的异常会导致纤毛病，影响脑和肾脏等器官。Scribble极性复合体蛋白DLG1（Discs large homolog 1）和棕榈酰转移酶ZDHHC5（zinc finger DHHC-type containing 5）均被报道参与纤毛调控：DLG1缺失改变纤毛蛋白组成和长度，ZDHHC5定位于纤毛并负向调控长度。然而，DLG1调控纤毛的分子机制及其相互作用网络仍不清楚。为阐明这一问题，研究人员利用邻近依赖的生物素化蛋白质组学、免疫沉淀、AlphaFold结构建模、定量免疫荧光显微镜以及斑马鱼体内敲除模型，系统鉴定了DLG1的纤毛相关相互作用蛋白，并探讨了ZDHHC5在纤毛长度调控和肾脏形态发生中的功能。该研究发表于《Frontiers in Cell and Developmental Biology》。
研究人员采用了以下主要技术方法：基于稳定表达DLG1-BioID2融合蛋白的IMCD3（小鼠内髓集合管）细胞系进行邻近依赖的生物素化蛋白质组学；使用免疫沉淀（IP）验证候选相互作用；利用AlphaFold2-Multimer v3进行结构建模预测直接结合；通过定量免疫荧光显微镜（IFM）分析蛋白定位和纤毛长度；在斑马鱼Tg(wt1b:GFP)和Tg(arl13b:EGFP)品系中，利用CRISPR-Cas9产生zdhhc5a和zdhhc5b的F0基因敲除（crispant）模型，评估体内表型。
3.1 DLG1与ZDHHC5、STXBP1和SCAMP3发生物理相互作用：通过DLG1-BioID2蛋白质组学鉴定出46个高置信度DLG1互作蛋白，其中35个与纤毛或中心体相关。免疫沉淀实验验证了DLG1与ZDHHC5、STXBP1和SCAMP3的结合，但与UNC119B未见结合。
3.2 DLG1-ZDHHC5相互作用的结构建模：AlphaFold2-Multimer预测DLG1的GUK样结构域（鸟苷酸激酶样结构域）与ZDHHC5的N端调控区直接相互作用，界面涉及疏水和亲水残基，包括DLG1 Asp730与ZDHHC5 Arg102之间的盐桥，提示该互作可能具有调控性。
3.3 DLG1缺失对ZDHHC5和STXBP1纤毛定位的影响：在IMCD3细胞中，ZDHHC5定位于纤毛近端区域；DLG1敲除后，纤毛ZDHHC5水平显著降低，但回补mCherry-DLG1未能恢复，表明DLG1可能不是ZDHHC5纤毛定位的唯一决定因素。STXBP1定位于纤毛基部；DLG1敲除后STXBP1的纤毛基部定位显著减弱，且回补DLG1可部分恢复。IFT27缺失则导致STXBP1沿纤毛的定位显著上调。
3.4 斑马鱼中zdhhc5敲低导致纤毛伸长和纤毛病样表型：在斑马鱼中同时敲低zdhhc5a和zdhhc5b引起脑水肿、弯曲体轴和肾小球增大，这些表型在单敲低zdhhc5a时更为明显，提示zdhhc5a起主导作用。脑和原肾导管中纤毛长度显著增加，与体外细胞培养结果一致，表明Zdhhc5在体内保守地调控纤毛形态。
讨论部分总结：这些发现扩展了DLG1相互作用组，并鉴定了包括ZDHHC5和STXBP1在内的关键纤毛相关伙伴，它们可能参与纤毛结构和功能的调控。数据支持一个模型，即DLG1通过特定的蛋白质-蛋白质相互作用（如与ZDHHC5的直接结合）调节纤毛长度和信号传导，该网络的破坏导致纤毛病相关表型。一些DLG1互作蛋白（如ZDHHC5、STXBP1、LRRC1等）在BBSome缺陷细胞中累积，提示存在BBSome依赖的机制共同限制DLG1及其相关蛋白在纤毛中的丰度。本研究将纤毛病和先天性肾脏异常（如CAKUT）联系起来，提示DLG1-ZDHHC5轴可能是肾脏疾病中纤毛运输和膜调控共享机制的关键通路。研究结论：总之，本研究为极性复合体介导的肾上皮细胞初级纤毛调控提供了新的机制见解。
