eLife：李巍与税光厚研究组合作阐明LDL受体的循环内吞体微管运输中的驱动蛋白转换机制
2020年11月，首都医科大学附属北京儿童医院李巍教授团队与中科院遗传发育所税光厚研究组合作，在《eLife》上发表了题为“BLOS1 mediates kinesin switch during endosomal recycling of LDL receptor”的研究论文，揭示了循环内吞体介导的LDL受体(LDLR)远距离正向运输中克服路障抵达质膜的机制。
BLOS1定位于微管交叉点，是一种新发现的kinesin-2的衔接蛋白。
BLOS1分别与KIF13A、KIF3B和LDLR结合，参与由循环内吞体（RE）介导的LDLR的远距离正向运输。
kinesin-3在kinesin-2的上游,通过两者之间的接力，克服微管交叉口处的路障使RE得以继续前行。
BLOS1缺乏导致LDLR向质膜的转运减少，并导致脂代谢异常。
低密度脂蛋白受体（LDLR）对于细胞摄取富含胆固醇的低密度脂蛋白（LDL）是必不可少的，并且在哺乳动物体内胆固醇稳态中起着至关重要的作用。LDL在细胞表面结合后，LDLR通过网格蛋白介导的内吞作用（CME）进入早期内吞体，并通过依赖RAB4的快速再循环途径或依赖RAB11A的慢速再循环途径再循环到细胞膜。在慢速再循环途径中，首先将受体分选到核周内吞回收室（ERC）中，然后通过循环内吞体（RE）将其转运到细胞质膜附近。LDLR的转运在网格蛋白依赖性内吞作用、内吞体再循环和溶酶体降解过程中受到高度精密调控。
N-驱动蛋白（N-kinesins）是一个动力蛋白家族，在微管上驱动货物正端（plus end）运输，有报道其在慢速再循环中发挥作用。然而，这些不同的驱动蛋白在RE的运输中如何协同作用尚不清楚。由于细胞内的微管运输网络错综复杂，不同货物沿各自的微管轨道被运输到相应的目的地，这些微管轨道之间形成多个交叉点(microtubule intersections)。当货物运输到这种交叉点时，如果空间间隙小于货物本身大小，货物将无法自由通过，运输就会受阻。此时的选择通常有以下几种，一是变换其他轨道继续运输，二是在其他动力蛋白的作用下逆向运输回到起始点，三是通过变换不同动力蛋白所驱动的运载工具以克服路障继续前行。微管远距离运输中的变换轨道或者变换动力蛋白的分子机制一直是细胞生物学领域令人关注的问题。
BLOS1是BLOC-1（溶酶体相关细胞器生物发生复合物-1）和BORC（BLOC-one相关复合物）的共享亚基。BLOC-1是细胞类型特异性溶酶体相关细胞器的生物合成所必需的。越来越多的证据表明，BLOC-1参与了内吞体管状结构的形成。
此前，李巍课题组和税光厚课题组合作，分析了BLOC-1突变体小鼠血浆脂组学的变化(Ma, et al., Biosci Rep, 2019)，发现其可能具有一定的抗动脉粥样硬化作用。为了进一步研究BLOS1在肝脂质代谢中的作用，研究人员首先构建了Bloc1s1肝细胞特异性敲除的小鼠突变体（cKO小鼠），脂类分析表明，cKO小鼠的脂质代谢异常，其主要特征是肝脏中的脂滴减少（饥饿时更明显），并且血浆脂蛋白成分中，LDL增加，极低密度脂蛋白（VLDL）减少和高密度脂蛋白（HDL）中的载脂蛋白E（ApoE）的增加。
肝细胞特异性BLOS1缺失的小鼠显示脂质代谢异常
肝脏是血浆中LDL清除的主要部位，cKO小鼠血浆中LDL的升高表明cKO小鼠肝脏清除LDL可能受到损害。研究人员随即验证了该假设，发现肝脏中BLOS1的缺失可能导致LDL清除受损，这是由于LDLR的再循环障碍触发溶酶体过多降解所致。研究人员进一步探讨BLOS1调节LDLR水平的潜在分子机制，发现BLOS1通过与微管上的不同KIF蛋白相互作用参加RE的运输。研究人员发现，KIF13A参与RE介导的LDLR运输，KIF13A的功能障碍影响LDLR在细胞膜上的分布和稳态。
KIF13A通过循环内吞体运输将内源性LDLR运送回到质膜
接着，研究人员借助活细胞成像技术，发现BLOS1蛋白可以在调控RE运输中充当动力蛋白kinesin-2的衔接蛋白，并与kinesin-2一起在特定的微管交叉点处发挥作用，通过驱动货物沿着微管的侧向运动来协助kinesin-3对LDLR(循环内吞体的货物分子)的运输，进而绕过交叉点处的路障，使得LDLR分子最终能被运输到质膜而发挥其功能。
KIF3和BLOS1在特定的微管交叉点发挥作用
总而言之，该研究结果表明，BLOS1充当kinesin-2的衔接子，在微管交叉点处协助由kinesin-3驱动的LDLR货物运输，通过介导kinesin-2的接力，克服微管交叉点处所形成的路障，使得所运输的货物得以继续其远距离运输到质膜。该研究揭示了BLOS1在介导微管交叉点的驱动蛋白中继(relay)中的新型功能，也可能解释了一些高胆固醇血症发生的病理机制。
BLOS1介导循环内吞体运输中kinesin-3与kinesin-2转换的模式图
