廖仲麒_2018_Nature Communications

本會會員廖仲麒老師任職於中央研究院原子與分子科學研究所，其研究專長為跨領域（生物、光學、工程、蛋白質體學）之研究。廖老師實驗室最近於≪Nature Communications≫發表最新研究成果。感謝老師與我們分享:

近期光學影像研究的進展莫過於2014年諾貝爾化學獎在超高解析顯微鏡技術的重大突破，我們實驗室發展並利用這項技術推進光學影像解析的極限。光啟動定位(photoactivated localization microscopy，PALM)及隨機光學重建顯微技術(stochastic optical reconstruction microscopy，STORM) 以化學為基礎的方法，只有非常少數的分子能夠發散螢光，所以單分子可以被偵測到而且xy平面的解析度可以到達20奈米。一張光啟動定位/隨機光學重建顯微影像實際上是由一萬至數萬個畫面重疊而成的，每個畫面僅包含少數由重心配置所得的亮點。我們實驗室可以執行雙色的光啟動定位/隨機光學重建顯微鏡術，運用此技術揭露主纖毛上的分子結構。

主纖毛是細胞的一個重要胞器，它具備多種感應功能（例如氣味感應，光感應，力感應）和介導多種信號傳導活動（例如hedgehog，Wnt，cAMP）。這些感應與信號傳導是由主纖毛內特定分子透過IFT蛋白質和分子馬達運送。其結構為桿狀，寬250奈米，長3-5微米，內部包含超過一百種分子及其分子馬達運輸受器。要偵測如此微小的結構內的蛋白質位置及動態活動有賴超高解析影像技術的發展。兩個纖毛主要的區域最近受到相當大的關注。一個是過渡區（transition zone)，其特徵在於其連結纖毛軸與纖毛膜的Y-links。最近的發現顯示過渡區是調節纖毛信號蛋白進出的擴散屏障。另一個是basal body遠端的遠端附屬物（distal appendages）。遠端附屬物是IFT蛋白質的駐位點及組裝位置，與纖毛形成及維持的功能相關。我們對於遠端附屬物的蛋白質如何調控纖毛的成長，如何區域化纖毛內的信息傳遞蛋白仍然非常不清楚。研究這些調控機制的主要障礙，在於這附屬物極小的尺寸（〜160 nm長度），以至於用一般的顯微技術無法觀察IFT蛋白質從到達遠端附屬物到通過過渡區的動態行為，因而無法了解相關蛋白突變的疾病分子機制。

遠端附屬物為脊椎動物中心粒的主要特徵，對纖毛生長及纖毛正常運作非常重要。附屬物位於細胞內的中心粒遠端，有複雜的蛋白質分子組成主纖毛生長的重要結構，長久以來，生物學家一直認為是九片扇狀的遠端附屬物。遠端附屬位於基體、纖毛、纖毛袋的介面，連結蛋白質與細胞膜，也連結細胞質與纖毛體。我們實驗室運用超高解析度顯微技術，主要由第一作者楊東霖博士深入研究，將16種不同的蛋白質一一定位，找出扇葉間新的間質結構，並利用CRISPR技術揭開扇葉與間質的不同功能，論文發表於《自然通訊》期刊。出乎意料的，遠端附屬不只是風車狀的結構，而是包含了之前未知扇葉間的錐狀結構。我們將扇葉間的空間稱為遠端附屬基質，內含FBF1和IFT88，而遠端附屬扇葉包含CEP83，CEP89，SCLT1，及CEP164。我們發現遠端附屬基質有調節主纖毛膜蛋白的功能，改變了我們對遠端附屬功能上的了解。

原始文章:

https://www.nature.com/articles/s41467-018-04469-1

實驗室網頁:

http://liaolab.iams.sinica.edu.tw/