微管是直径约25 nm的中空管状细胞骨架结构，在细胞分裂、物质运输、细胞形态维持及信号转导等多种关键生命过程中发挥核心作用。长期以来，微管功能调控研究主要集中于微管外壁或两端的结合蛋白，而微管管腔这一内部空间由于技术手段受限，其分子组成及生物学功能始终缺乏系统性认识。尤其是在细胞中最为普遍存在的胞质单联微管中，腔内是否存在稳定的调控因子、这些因子如何进入管腔并发挥作用，一直是细胞骨架领域的重要未解问题。
中国科学院遗传与发育生物学研究所孟文翔研究组于2025年12月31日在PNAS在线发表题为Systematic Identification of Microtubule Lumen Proteins Reveals a Taxane-Sensitive Luminal Resident JPT2 Regulating MEC17 Accessibility的研究论文。该研究围绕单联微管腔内环境的分子组成与调控机制这一核心科学问题，建立了面向微管腔内蛋白的系统性研究框架，为理解微管内部空间的功能属性提供了新的研究路径。
研究团队创新性地将蛋白邻近生物素标记技术（Bio-ID）与质谱分析相结合，开发了一套可在细胞内特异捕获单联微管腔内蛋白的实验体系，实现了对微管腔内蛋白的系统筛选与鉴定。这一技术策略突破了传统方法难以区分微管外壁与管腔蛋白的限制，为系统刻画单联微管腔内蛋白的组成提供了关键技术支撑。
在此基础上，研究进一步聚焦于单联微管腔内环境的调控机制，以JPT2作为代表性因子，解析了腔内蛋白的进入方式及其功能作用。研究发现，JPT2可直接与微管结合并以内在结构依赖的方式进入微管管腔，提示其进入可能发生于微管开放的端部区域。进一步研究表明，JPT2在腔内通过调控乙酰转移酶MEC17的可及性，精细调节微管乙酰化修饰水平，揭示了微管腔内环境在微管翻译后修饰调控中的重要作用。同时，JPT2的腔内定位对微管结构状态高度敏感，紫杉醇处理可显著抑制其进入微管管腔，提示药物诱导的微管构象变化可直接影响腔内蛋白分布。研究结果提示，微管腔内并非被动、均一的空间，其蛋白组成可能受到空间竞争及选择性进入机制的调控。
该研究系统建立了单联微管腔内蛋白的鉴定体系，明确了微管腔内环境在调控微管修饰及结构功能中的重要作用，为深入理解微管内部空间的功能意义及药物作用机制奠定了基础。遗传发育所孟文翔研究组已毕业博士生邵金辉和助理研究员张蕊为论文共同第一作者，清华大学梁鑫教授及遗传发育所孟文翔研究员为论文共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。
单联微管腔内蛋白鉴定系统的建立及蛋白筛选
