清华欧光朔JCB发表CRISPR研究成果

　　近期，清华大学欧光朔研究组在《细胞生物学杂志》（Journal of Cell Biology）上在线发表题为“Somatic CRISPR–Cas9-induced mutations reveal roles of embryonically essential dynein chains in Caenorhabditis elegans cilia”的论文。这项研究通过体细胞CRISPR–Cas9诱发的突变，揭示了胚胎必不可少的动力蛋白链在秀丽隐杆线虫纤毛中的作用。

　　本文通讯作者欧光朔研究员1994年至2001年在中国农业大学生物学院分别获得理学学士、硕士学位，2006年在美国加州大学戴维斯分校获细胞和发育生物学博士学位，2007年至2011年在美国加州大学旧金山分校/霍华德休斯医学研究院从事博士后研究，2011年至2013年为中科院生物物理研究所研究员。现任清华大学生命科学学院研究员、博士生导师。欧光朔带领的课题组以线虫的Q神经前体细胞为对象，研究细胞骨架和信号转导蛋白如何调控神经系统的发育。Q神经前体细胞发育过程包括不对称分裂、长距离迁移、细胞凋亡及神经丝的形成，最终产生触觉神经元和中间神经元。他们建立了活体荧光显微成像方法，在细胞器和分子水平上实时记录Q细胞发育过程。该课题组还发展了对线虫野生型基因组进行条件性基因突变方法，研究Q细胞发育分子机制。相关研究成果曾经发表在Nature、Science、JCB、PNAS、Development、 Nature Biotechnology、Development Cell、Current Biology等国际著名学术期刊。

　　纤毛或真核生物的鞭毛是基于细胞微管的一种亚细胞结构。它兼具细胞运动和细胞信号传导的作用，参与动物的发育、细胞分裂和维持各种器官的正常生理功能。纤毛的缺陷常导致多种疾病诸如呼吸道疾病、肾囊肿，内脏转位，肥胖症、癌症等。因此有关的纤毛的研究是目前研究的热点领域。

　　纤毛就像细胞表面的触角一样，中间是微管形成的轴丝样结构，周围由细胞膜包裹。在纤毛的生成阶段，轴丝从纤毛的底部向远端生长，由于纤毛没有自身合成蛋白的能力，所以，纤毛必须将细胞浆内产生的蛋白从纤毛的底部转运到纤毛的顶部，同时，将细胞生存内环境的外界信息或者物质，从纤毛顶部转运到纤毛的底部，这就使得纤毛拥有正向转运和逆向转运的功能。IFT蛋白是装配和维护纤毛的必要条件，是纤毛行使双向转运功能的物质基础。

　　IFT的双向转运功能依赖于一套特殊的装置，包括IFT运动蛋白（kinesin-II和dynein），IFT颗粒（IFT particle，由IFT-A复合物和IFT-B复合物构成），以及被转运的分子（cargo molecules）。IFT颗粒与被转运的分子结合，可将被转运的分子转运到细胞纤毛的顶部，或者从顶部转运到底部。

　　虽然关于运动蛋白kinesin-II驱动的正向IFT转运，我们已经了解很多，但是，逆向IFT转运特定动力蛋白的构成和调节，仍然是难以捉摸的。细胞质动力蛋白的组件，可能参与IFT转运；然而，它们在细胞分裂中的重要作用，妨碍了有丝分裂后纤毛的功能性研究。

　　在这项研究中，研究人员报道称，成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）-Cas9系统在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中的诱导表达，可在IFT马达蛋白和颗粒中产生条件突变，从而概括了它们无效突变体中的纤毛缺陷。

　　使用这种方法，跳过胚胎的需求，该研究小组表明：动力蛋白中间链、轻链LC8和lissencephaly-1可调节逆向IFT；动力蛋白轻链中间链在树突中起作用，并间接有助于纤毛发生（ciliogenesis）；Tctex和Roadblock轻链对于纤毛组装是可有可无的。

　　此外，这项研究表明，这些成分以不同的转运频率和转向行为，经过了双相的IFT。总而言之，这些研究结果表明，IFT–动力蛋白和胞质动力蛋白不仅具有独特的成分，而且还共享组件和调控机制。