Visão estrutural do complexo de transporte intraflagelar IFT

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1506 (2023) Citar este artigo

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Os trens de transporte intraflagelar (IFT), os polímeros compostos por dois complexos multi-subunidades, IFT-A e IFT-B, realizam transporte intracelular bidirecional nos cílios, vital para a biogênese e sinalização dos cílios. O IFT-A desempenha papéis cruciais na importação ciliar de proteínas de membrana e no tráfego retrógrado de cargas. No entanto, a arquitetura molecular do IFT-A e o mecanismo de montagem do IFT-A nos trens IFT in vivo permanecem indefinidos. Aqui, relatamos as estruturas microscópicas crioeletrônicas do complexo IFT-A do protozoário Tetrahymena thermophila. Descobrimos que os complexos IFT-A apresentam dois estados distintos, alongados e dobrados. Notavelmente, a comparação com a estrutura de tomografia crioeletrônica in situ do trem IFT anterógrado revela uma série de ajustes dos braços flexíveis em apo IFT-A quando incorporados ao trem anterógrado. Nossos resultados fornecem um modelo de resolução atômica para o complexo IFT-A e informações valiosas sobre o mecanismo de montagem dos trens IFT anterógrados.

Os cílios são organelas altamente conservadas que se projetam da superfície celular e desempenham uma ampla variedade de papéis1. A disfunção dos cílios leva a inúmeras doenças humanas chamadas ciliopatias que estão associadas a deficiência visual, disfunção renal e infertilidade masculina2. A maquinaria de transporte intraflagelar (IFT) é essencial para a montagem e manutenção do cílio, bem como a transdução de sinal por entrega de cargas para dentro e para fora dos cílios3,4.

Cada trem IFT é um polímero de dois grandes complexos IFT-A e IFT-B com peso molecular de ~0,8 MDa e 1 MDa, respectivamente5. O complexo IFT-B compreende um subcomplexo central de 10 subunidades IFT-B1 e um subcomplexo periférico de 6 subunidades IFT-B2, mediando o tráfego anterógrado (em direção à ponta) de proteínas ciliares impulsionadas pelo motor microtúbulo cinesina-26,7, 8. O complexo IFT-A é composto por seis subunidades (IFT144, IFT140, IFT122, IFT121, IFT139 e IFT43), mediando o tráfego retrógrado (em direção à base) conduzido pela dineína-1b e a importação ciliar de várias proteínas de membrana através do porta ciliar9,10,11,12,13,14. O estudo de tomografia crioeletrônica in situ (crio-ET) do trem anterógrado em Chlamydomonas reinhardtii ilumina que o trem anterógrado é densamente embalado com IFT-B como a espinha dorsal situada entre IFT-A e o axonema, e IFT-A localizado diretamente abaixo da membrana ciliar15. Depois de atingir a ponta ciliar, os trens anterógrados são remodelados para trens retrógrados em ziguezague completamente distintos, coordenando vários eventos, incluindo inativação de cinesina-2, ativação de dineína-1b e liberação de cargas15,16,17,18,19,20. Defeitos ou concentração reduzida de IFT-A levam a cílios curtos com diminuição das velocidades de transporte retrógrado e acúmulo de IFT-B na ponta ciliar21,22,23,24,25. Mutações nos genes IFT-A causaram uma infinidade de ciliopatias, incluindo doenças associadas ao esqueleto, rins e olhos2,26. A falta de estruturas IFT-A de alta resolução dificulta muito nossa compreensão do mecanismo de montagem do IFT-A nos trens IFT e da base molecular do tráfego ciliar e das ciliopatias.

Recentemente, vários estudos relataram estruturas IFT-A de microscopia crioeletrônica de alta resolução (crio-EM), bem como um modelo crio-ET in-situ de 20,7 Å do trem IFT anterógrado27,28,29,30. Aqui, purificamos o complexo IFT-A do protozoário Tetrahymena thermophila e determinamos as estruturas crio-EM do complexo IFT-A e seus subconjuntos em uma faixa de resolução de 3,6 a 8,8 Å. A análise dessas estruturas revela que o complexo apo IFT-A é composto por dois módulos estruturais rígidos, os módulos de cabeça e base, e apresenta dois estados distintos – alongados e dobrados em soluções, o último dos quais não foi identificado em IFT-A recente estudos estruturais27,28,29,30,31. Além disso, descobrimos que o IFT-A é incorporado ao trem IFT anterógrado por meio de uma série de ajustes dos braços flexíveis no apo IFT-A. Juntos, nossos resultados ampliam muito nossa compreensão do mecanismo de montagem dos trens IFT e fornecem informações estruturais sobre a patogênese das variantes IFT-A relacionadas à doença em humanos.