清华大学生命学院欧光朔实验室揭示驱动蛋白-2与鞭毛内运输复合物耦合的保守机制

纤毛是进化上保守的细胞器，充当关键的信号中心，控制从感知到发育模式的各种生理过程。这些天线样结构的组装和维持依赖于鞭毛内运输（IFT），一种由运动蛋白和多亚基复合物介导的双向运输系统，可沿着基于微管的轴丝运送货物。在关键马达中，异源三聚体驱动蛋白-2驱动正向运输，但其与IFT复合物耦合的分子机制仍未完全解决。

9月17日，清华大学生命学院欧光朔教授课题组在《当代生物学》（Current Biology）发表题为“IFT88-KAP相互作用介导驱动蛋白-2与IFT耦合的保守机制”（IFT88-KAP interaction defines a conserved mechanism for kinesin-2-IFT coupling）的研究论文。该研究通过AlphaFold结构预测、系统突变筛选、线虫遗传互补与人类细胞验证等多项技术，首次揭示IFT88/OSM-5通过其TPR结构域与驱动蛋白-2的KAP亚基ARM重复区形成保守静电互作界面，直接介导驱动蛋白-2与纤毛内运输（IFT）机器的耦联。

研究团队通过AlphaFold预测筛选IFT复合物亚基与驱动蛋白-2的相互作用，发现IFT88/OSM-5与KAP之间存在高置信度的直接结合界面。进化分析显示，该相互作用模式在多个模式生物中高度保守。结构建模表明，IFT88的TPR结构域（α5、α7、α9螺旋）与KAP的ARM重复区（α3、α6、α9螺旋）形成电荷互补的嵌入式结合模式。

研究进一步通过系统突变筛选鉴定出核心功能残基：OSM-5的R246与D250（位于α7螺旋）分别与KAP-1的E177、Y134/R173形成盐桥和极性相互作用网络。线虫突变体回补实验表明，核心突变（如KAP-1-3M: Y134A/R173A/E177A）虽不影响蛋白质稳定性，但导致驱动蛋白-2无法进入纤毛；而IFT88-2M（R246A/D250A）突变体中驱动蛋白-2同样滞留于纤毛基部，证实该相互作用特异性调控kinesin-II的招募与激活。研究还发现，外围静电相互作用对复合体形成和IFT功能非必需，突显核心疏水与形状互补界面在耦联中的决定性作用。

人类细胞中的功能保守性实验表明，人源KAP同源突变（Y143A/R181A/E185A）导致其纤毛内信号下降约75%，与线虫表型高度一致，证明该机制在高等生物中广泛适用。

研究首次解析了驱动蛋白-2与IFT机器的直接耦合机制，阐明IFT88-KAP作为进化保守的“分子桥梁”在纤毛组装中的核心作用，为纤毛发生障碍相关疾病的机制研究与靶向干预提供了新理论框架。

驱动蛋白-2的KAP亚基与IFT复合物的IFT88亚基直接相互作用，通过核心相互作用网络实现驱动蛋白-2对IFT复合物的运输

清华大学生命学院教授欧光朔为论文通讯作者，生命学院2020级博士生陈广涵为论文第一作者。研究得到清华-北大生命科学联合中心、北京生物结构前沿研究中心、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、科技部、国家自然科学基金委等相关机构以及钱塘冠名教授项目的支持与资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.08.056

供稿：生命学院

编辑：李华山

审核：郭玲