每个活的有机体都产生细小的被称作纤毛的细胞突起。鞭毛虫需要它们移动，蛔虫需要它们寻找食物，精子需要它们移向卵子。纤毛在肺部中形成保护性的细绒毛，并在胚胎内的器官分化中起着至关重要的作用。如今，在一项新的研究中，来自德国慕尼黑技术大学（TUM）的研究人员重建出负责纤毛内运输的蛋白复合物---鞭毛内运输复合物（intraflagellar-transport complex, IFT复合物），其中这种蛋白复合物在纤毛的功能中起着决定性作用。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Reconstitution reveals motor activation for intraflagellar transport”。
图片来自Georg Merck/TUM
真核细胞的这些多余物（即纤毛）甚至确保人类心脏最终长在正确的位置上---纤毛控制着发育中的胎儿体内的这个器官发育。慕尼黑工业大学物理系生物物理学家Zeynep Ökten博士说，“这种多功能性绝对是吸引人的。”
仅在最近几年人们才发现纤毛在信号转导中的重要性。Ökten说，“到目前为止，我们对哪些生化过程控制这么多功能知之甚少。这就使得理解这些基本机制变得更加重要。”
这些研究人员对着光线观察一块含有薄薄的充满着液体的毛细管的玻璃板。并没有观察到什么---仅是透明的液体。仅在荧光显微镜下观察时，绿色染料标记的IFT复合物的运动才会像绿点一样可见，所有这些都在一个方向上进行。就像在高速公路上一样，这些IFT复合物沿着纤毛的细小通道迁移。但到目前为止，IFT复合物是如何启动的仍然是一个谜。这就是为何Ökten和她的团队决定重建这种蛋白复合物的原因。
在这项研究中，这种蛋白复合物的构成单元（building block）来自模式生物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）。它利用纤毛来寻找食物并发现危险。生物学家们已鉴定出许多影响线虫纤毛功能的蛋白。
Ökten解释道，“在这项研究中，经典的自上而下的方法达到了极限，这是因为这种重建涉及太多的构成单元。为了理解鞭毛内运输（IFT），我们采用一种相反的方法，即从下往上研究单个蛋白及其相互作用。”
蛋白海洋中捞针
这项研究类似于谚语中的大海捞针。各种分子化合物成为考虑的事项。经过数个月的实验，这些研究人员偶然发现了四种蛋白的最小组合。一旦这些蛋白组装成一个复合物，它们就开始通过这种样品载体（即前面的玻璃板）中的毛细管迁移。
Ökten回忆道，“当我们观察荧光显微图片时，我们立即知道：如今我们找到了启动这种IFT复合物的谜团。如果这种IFT复合物中的一种组分因遗传缺陷而缺乏，那么这种IFT复合物就会发生功能故障---鉴于纤毛的重要性，这会在一系列严重疾病中得到反映。”
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