细胞内的微管网络通过不断重塑参与细胞分裂、迁移和分化等过程。Katanin是一类依赖ATP的微管切割酶（microtubule-severing enzyme），可从微管中间将其切断，形成新的末端，从而使微管网络快速更新。Katanin的催化亚基p60（Kp60）含有一段富含保守的正电荷残基的内在无序区（IDR）。已有研究表明，它参与Kp60的微管切割功能；然而，这段无序连接区如何帮助Kp60识别并结合微管，又如何调节其酶活性，仍有待阐明。

近日，中国科学技术大学项晟祺教授和刘行教授合作在J.Am.Chem.Soc.杂志发表题为Solid-State NMR Reveals a Bifunctional Disordered Linker That Couples Katanin Microtubule Anchoring to Condensate-Activated Severing 的科研论文。

研究发现，Kp60的IDR区域是介导该蛋白结合微管的主要区域。由于微管及其结合复合物体积大、难以结晶，传统结构解析方法不易捕捉其中柔性无序区的变化。为了攻克这一难题，研究团队采用了固体核磁共振（ssNMR）技术。这种方法可在复合物状态下，从残基层面“抓拍”蛋白片段的信号与动态特征。借助这一技术研究将核心微管结合区域定位在Kp60第97至155位氨基酸（V97-R155）。删除该序列后，Kp60与微管的结合能力显著减弱。更重要的是，ssNMR显示，连接区结合微管后仍大部分保持无序和高度动态，并未形成固定的折叠结构。

除了锚定微管，研究团队在深入探索中还观察到一个有趣的现象：Kp60在微管表面并非均匀铺展，而是形成局部富集，并可彼此融合。光控凝聚实验和体外重构进一步表明，Kp60能够形成具有液态特征的凝聚体；而删除无序连接区后，这种相分离能力随之消失。

那么，这种相分离现象究竟有何生理意义？研究给出了明确的答案：研究发现，随着凝聚程度增强，Kp60的ATP水解活性随之升高，凝聚相中单位蛋白的ATP水解活性至少为稀相的4倍，并且由于ATP会诱导稀释相进一步发生相分离，此数值实际上是被低估的。这一结果提示，相分离不仅促进了Kp60的局部富集，还可能伴随其活化状态的改变。作者据此提出，凝聚体通过提高Kp60的局部浓度，促进其形成有利于活化的寡聚状态，从而增强ATP水解活性。

研究发现，介导相分离的核心区域与微管结合区域在序列上部分重叠。为区分微管锚定与相分离各自对微管切割的贡献，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，表明微管锚定与凝聚体形成缺一不可，二者协同支持Kp60高效发挥微管切割功能。这一结果揭示了IDR作为双功能模块，将微管定位与相分离介导的酶活调控相偶联的作用方式。

综上所述，该研究结合ssNMR与细胞生物学手段，从残基水平解析了Kp60无序区在微管结合和凝聚状态下的动态变化，并揭示了其兼具微管锚定与凝聚调控的双重功能：一方面，IDR帮助Kp60锚定微管；另一方面，IDR驱动液–液相分离并形成凝聚体，通过局部富集增强ATP水解活性，最终促进微管切割。

图 | Kp60 IDR 介导微管切割的模型

该工作为理解内在无序区如何参与蛋白定位与酶活调控提供了新的实验依据，也展示了ssNMR在研究大分子复合物中柔性区域及其动态相互作用方面的应用价值，可为其他含无序区蛋白的研究提供参考。

中国科学技术大学无膜细胞与细胞动力学教育部重点实验室项晟祺教授和刘行教授为文章的通讯作者，博士生徐盼盼和胡文平为本工作的第一作者。这项工作也得到了中国科学技术大学姚雪彪教授、史朝为教授和李娟博士的帮助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c15214