微管是维持细胞形态、胞内运输和细胞分裂的重要细胞骨架结构。微管切割酶Katanin能够切断微管，促进微管网络动态重塑，但其催化亚基Kp60如何被精准招募到微管并激活切割功能，仍待阐明。
近日，中国科学技术大学项晟祺教授课题组与刘行教授课题组合作，综合运用固体核磁共振、体外重构、显微成像和细胞实验，发现Kp60的内在无序区（IDR）同时承担微管锚定和相分离两项功能，二者协同促进微管切割。相关成果发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。
研究首先通过微管共沉降和全内反射荧光显微镜实验确认，Kp60的IDR参与微管结合与定位。进一步利用固体核磁共振（ssNMR），研究团队将核心微管结合区域定位到第97—155位氨基酸，并发现该区域结合微管后仍保持较高柔性（图1）。
图1：ssNMR定位Kp60无序区中的微管结合区域
研究还发现，Kp60可在微管表面形成可融合的凝聚体。破坏IDR中的关键相互作用后，Kp60的体外相分离、细胞内凝聚体组装和微管结合均减弱，说明该无序区同时参与凝聚体形成和微管锚定（图2）。
图2：TIRF成像及Kp60和微管共定位分析
更重要的是，功能实验显示，Kp60的ATP水解活性随凝聚程度增强而升高，凝聚相中单位蛋白的ATP水解活性至少为稀相的4倍。研究团队据此提出，相分离可通过局部富集Kp60，促进其形成有利于活化的寡聚状态，从而增强ATP水解活性。
为区分结合微管和相分离两项功能各自的贡献，研究团队构建了两类功能分离的嵌合蛋白。实验结果显示，仅保留其中任一功能的嵌合蛋白均不能实现正常的微管切割，表明微管锚定与相分离缺一不可，二者协同保障Kp60的高效切割活性。
该研究揭示了Kp60无序区将微管定位与酶活激活相偶联的分子机制，为理解微管网络动态重塑及相分离的生物学功能提供了新视角（图3）。
图3：Kp60无序区协同调控微管锚定与相分离的工作模型
生医部博士生徐盼盼和胡文平为本文共同第一作者，项晟祺教授和刘行教授为论文共同通讯作者。姚雪彪教授、史朝为教授和李娟博士等对研究提供了重要帮助。