连接细胞中心体微管三联体的A-C连接结构及其组装方式

中心粒是细胞中高度保守的重要细胞器，参与中心体和纤毛的形成。它们由九个对称排列的微管三联体（MTT）构成，每个三联体包含A、B、C三根微管。这些微管通过一系列被称为“中心粒模块”的蛋白复合物相互连接和稳定。其中，A-C连接是一种神秘的蛋白结构，它将一个三联体的A微管与相邻三联体的C微管连接起来，对维持中心粒的整体结构至关重要。

过去，由于缺乏高效的中心粒分离方法，对其分子结构的研究一直受限。本研究以嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）为模型，开发了一种高效的中心粒生化分离技术。研究人员首先利用聚焦离子束切割结合冷冻电子断层扫描（cryo-ET）技术，在细胞原位观察了中心粒的超微结构，确认了A-C连接、内支架和钉头-车轮等模块的存在。以此为参照，他们成功从大量培养的四膜虫中纯化出足量的中心粒，用于高分辨率结构分析。

通过对分离的中心粒进行亚断层平均（STA）和单颗粒冷冻电镜（SPA）分析，研究人员首次在原子水平上解析了A-C连接的结构。他们发现A-C连接具有8纳米周期性的条纹状结构，由两个主要部分组成：连接A微管的“A链”和连接C微管的“C链”，两者通过一根中央纤维相连。借助AlphaFold2预测和质谱分析，研究团队成功鉴定出构成这些部分的关键蛋白。

C链主要由POC1和两种TBC1D31样蛋白（TBC1D31A/B）组成。POC1不仅参与C链的构建，还延伸至B微管和C微管之间的B-C连接处，将A-C连接与另一个重要的中心粒连接点整合在一起。这表明POC1是一个关键的“枢纽”蛋白，负责整合多个中心粒模块。此外，研究人员还发现了一种仅存在于纤毛虫中的新蛋白I7LY02，它也参与了B-C连接的稳定。

A链则更为复杂，由WRAP73（四膜虫中对应蛋白为I7MIG5）、CEP135以及一个由多种α螺旋元件（AHEs）组成的网络构成。其中，WRAP73像一个九叶β-螺旋桨，作为核心组织者协调其他蛋白的组装。CEP135蛋白在此过程中扮演了双重角色：它的N端参与形成A链的骨架，而C端此前被认为参与更靠近中心粒腔内部的钉头-车轮模块。这一发现暗示，长链的CEP135蛋白可能像一座“桥梁”，将中心粒外围的A-C连接与内部的钉头-车轮等模块连接起来，实现跨区域的结构整合。

最引人注目的发现是，A-C连接并非单一结构，而是具有“多态性”。研究团队通过三维分类发现了两种不同的A-C连接类型：位于中心粒近端（靠近基部）的“近端A-C连接”和位于中间过渡区的“过渡型A-C连接”。这两种类型的A链结构相似，但C链完全不同。近端A-C连接的C链含有POC1和TBC1D31A/B，而过渡型的C链则由两个β-螺旋桨结构域和一个未鉴定的C微管结合域取代。这种结构上的转变恰好与中心粒内部模块的空间分布相对应——近端区域存在钉头-车轮结构，而过渡区则没有。这表明A-C连接的结构会根据其所处的局部环境动态调整，可能起到协调不同中心粒模块有序组装的作用。

综上所述，这项研究不仅首次详细描绘了中心粒A-C连接的分子架构，更重要的是揭示了它是一个高度集成且具有多态性的“中心枢纽”。它不仅能稳定微管三联体，还能通过自身结构的变化，响应并整合中心粒内部不同区域的组装信号。该研究建立的高效分离和结构解析方法为未来深入探索中心粒生物学提供了重要范本。鉴于人类同源蛋白（如CEP135、POC1）的突变与小头症、原始侏儒症等疾病相关，这项基础研究也为理解中心粒缺陷如何导致人类疾病提供了新的线索。