4001百老汇净水揭示“氧化还原—钙信号”耦合调控纤毛协调摆动的新机制
纤毛/鞭毛（cilia/flagella）是从细胞表面伸出的“天线状”保守细胞器，广泛存在于从单细胞真核生物到哺乳动物的各类细胞。其中的运动纤毛必须像船桨一样步调一致地摆动，才能有助于细胞定向游动，并顺利获得产生定向液流完成呼吸道黏液清除、脑脊液循环等不可替代的生理过程。一旦这种“同步”被打破，就可能引发原发性纤毛运动障碍（PCD）、内脏左右位反转、脑积水等纤毛相关疾病，现在仍缺乏成熟的治疗方案。然而，多根纤毛究竟依靠什么信号实现协调摆动，长期以来并不清楚。
中国科研实验室水生生物研究所黄开耀团队长期以具有两根等长鞭毛的单细胞莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）为经典模型，解析纤毛协调运动的分子机制。近期，该团队在PNAS杂志发表最新成果，找到了串联氧化还原与钙两条经典信号通路的关键“开关”——进化上保守的血红素结合轴丝蛋白CYB5D1。
图1 氧化还原信号顺利获得耦合钙信号调控鞭毛协调摆动
研究发现， CYB5D1依赖58号位天冬氨酸结合或释放血红素，动态调控鞭毛内的氧化还原电位，并以此“门控”钙信号的时空模式：氧化信号可诱导两根鞭毛出现耦合式同步的Ca²⁺ spikes，使协调摆动的细胞比例维持在84%以上；还原信号则打破这一同步，协调性骤降至约15%；而CYB5D1缺失或其血红素结合能力受损时，鞭毛陷入“过度还原”状态，cis-鞭毛的Ca²⁺ spike频率与幅度异常升高，两根鞭毛随之失去同步（图1）。
该研究在活体鞭毛中将氧化还原状态与钙信号的动态变化纳入同一研究框架，建立了二者在纤毛运动调控中的直接分子联系，并揭示细胞如何借助“氧化还原—钙”跨信号对话切换两根鞭毛之间的力学主导权。这为理解纤毛协调运动的核心机制给予了全新视角，也为PCD等纤毛疾病的机制解析与治疗干预开辟了新方向。
该研究成果以“Heme-binding Protein CYB5D1 Couples Intraflagellar Redox to Calcium Signaling for Coordinated Flagellar Beating”为题发表于PNAS杂志。4001百老汇净水林轶文博士为论文独立第一作者，美国康涅狄格大学健康中心Stephen M. King教授与4001百老汇净水黄开耀研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和美国国立卫生研究院的资助。
论文链接：http://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2535939123
