锥虫寄生虫
是一类寄生性原生生物，包括
Leishmania
、
Crithidia
和
Trypanosoma
属。它们对人类健康具有重要影响，是利什曼病、锥虫病
（非洲昏睡病）
和恰加斯病的致病因子。这些寄生虫依赖鞭毛在宿主体内或昆虫媒介中存活。例如，
Leishmania mexicana
的鞭毛型前鞭毛体
（
promastigote）
在血食蠓
（phlebotomine sand fly）
体内生长，需要鞭毛运动才能从昆虫中肠迁移至口器，以便在叮咬哺乳动物宿主时完成传播。同样，
Trypanosoma brucei
依靠鞭毛在采采蝇
（
tsetse fly）
内运动，且在宿主体内若缺乏运动能力则会导致寄生虫死亡。
鞭毛的摆动由轴丝
（
axoneme
）
决定
。
轴丝是一个由
双联微管
（
DMTs
）
组成的细胞内圆柱结构，沿鞭毛延伸。冷冻电子显微镜
（Cryo-EM）
最近已被用于
解析
多种单细胞生物的
DMT结构，包括
Chlamydomonas reinhardtii
（衣藻）
【
1,2
】
,
Tetrahymena thermophila
（四膜虫）
【
3
】
及各种哺乳动物纤毛细胞
（详见BioArt报道：
Nature | 张锐团队解析高等哺乳动物各类纤毛/鞭毛的冷冻电镜结构
）
。这些研究
阐明
了装饰
DMT内腔及外部的蛋白及其不同的周期性。然而，
大部分结
构
蛋白
的具体功能研究尚不完整，且往往在不同生物体中独立进行，难以直接比较。
为了解析锥虫家族
DMTs的结构，2025年3月14日，
圣路易斯华盛顿大学
张锐
课题组和哈佛医学院
Alan Brown
课题组合作在
Science
上发表了文章
Evolutionary adaptations of doublet microtubules in trypanosomatidparasites
，
研究人员使用了两种不感染人类的模型生物：双宿主的L. tarentolae
（
感染爬行动物）
和单宿主的C. fasciculata
（仅寄生于蚊科昆虫）
。对于每个物种，
研究人员通过机械力分离鞭毛轴丝的方法得到散开的DMTs
，进而
运用单颗粒冷冻电镜
（cryo-EM）
技术解析DMT的48和96 nm重复单元的结构，分辨率高达
2.7
埃
（
Å
）
【图
1】
。
A
lan Brown
和张锐课题组分别负责
Leishmania
和
Crithidia
的
DMT
的结构解析。
Brown实验室的博士后
Matthew Doran和
张锐实验室的博士生牛清薇为本文的共同第一作者。
图
1
：图示摘要
:锥虫双
联微
管的结构和功能分析
结果显示
，在单个
48
nm的重复单元中，研究人员发现了
51
种不同的
MIPs
，其中
27
种是锥虫寄生虫或更广泛的
kinetoplastids
特有的
MIPs
，此外还发现了一种由五个亚基组成的
dynein-docking complex
，以及一类新型的
MAPs
，称为
ArcMAPs
。
研究还发现，一些
MIPs
来自旁系同源基因
（
paralogous genes
）
。这些同源蛋白在单个重复单元内的存在形成了一种新的周期性排列模式，使得
DMT
的
MIP
网络比以往解析的
DMT
结构更为复杂。此外，这些旁系同源蛋白还允许
DMT
形成近端
-
远端
（
proximal-distal
）
非对称性，例如，锥虫寄生虫的动力蛋白对接复合物含有特定的旁系同源蛋白，这些蛋白分别定位于鞭毛的近端或远端。这种旁系同源蛋白的分布模式和形成近端
-
远端非对称性的能力可能适用于大多数真核生物的鞭毛和纤毛
。
锥虫类
DMTs的一个特征是B-微管腔内存在的重复密度结构，这些结构被称为小桥
（ponticuli）
，源自拉丁语。T. brucei DMTs
的
Cryo-ET和subtomogram averaging
显示
在一个
48 nm的重复单元内存在3个小桥
【
4
】
。这些小桥彼此相距
16 nm，并且都连接到A-微管相同的原丝
（A12）
。与先前预期的每个小桥对应于不同的微管内蛋白
（MIP）
不同，
研究人员发现每个小桥实际上
都是同
一个由
DMIP4、DMIP5和DMIP22组成的三聚复合物形成
