揭示相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制

北京时间2021年2月24日，上海交通大学Bio-X研究院朱金伟团队与中科院生化细胞所张荣光团队在Cell Reports杂志在线发表题为“Phase Separation-mediated Condensation of Whirlin-Myo15-Eps8 Stereocilia Tip Complex”的研究论文，首次揭示了液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制。

静纤毛是位于耳毛细胞顶部特化的毛状结构，作为听觉神经系统的机械感受元件，能够接收声波的机械信号并将其转化为电信号，对于听觉产生起关键的作用。静纤毛顶端的电子致密区（tip complex density，TCD）是由多种蛋白质组成的高度致密且动态的结构，主要组分包括Whirlin、Myo15、Eps8、LGN等，在调控静纤毛的生长发育过程中起关键作用。编码TCD组分的多种基因突变均能导致静纤毛发育异常和耳聋发生。然而TCD形成的分子机制仍然未知。

本项研究首先对TCD三种关键组分：Whirlin、Myo15、Eps8之间的相互作用进行了详细研究，确定了三种蛋白两两之间发生相互作用的生化基础，并解析了Whirlin-Myo15的复合物晶体结构。结构显示Myo15 羧基端的PDZ结构域结合序列（PDZ binding motif，PBM）与Whirlin的PDZ3结构域形成特异相互作用。

此外，研究发现Whirlin在体外和细胞内均能自发地形成液-液相分离（liquid-liquid phase separation），进一步地，Eps8与Myo15能够被Whirlin招募进入Whirlin相分离中，并且显著促进相分离的形成（图1）。

本项工作进一步探索了相分离介导TCD形成在静纤毛生长中的可能机制。研究发现顶端复合物形成的相分离能够显著促进F-actin在体外交联成束（actin bundle），加入破坏相分离的耳聋突变体Myo15deaf则会显著抑制F-actin的成束（图2）。

综上，本项研究通过综合运用生物化学、结构生物学和细胞生物学等方法，揭示了液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制，为进一步阐明TCD促进静纤毛发育和相关耳聋的发病机制提供了新的理论基础。