CFAP77複合体の構造研究により精子尾部の完全性を解明(Structural Study Finds CFAP77 Complex Critical for Sperm Tail Integrity)

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2025-10-29 中国科学院(CAS)

中国科学院生物物理研究所と北京師範大学の共同研究チームは、繊毛・鞭毛の核となる軸糸(axoneme)の構造安定性に必須なタンパク質 CFAP77 の機能を明らかにした。軸糸は A-チューブと不完全な B-チューブからなる ダブレット微小管(DMT) で構成され、その外側結合部(outer junction, OJ)が構造保持に重要とされる。遺伝子欠損マウスと in situ 構造解析を組み合わせた結果、CFAP77 が A・B チューブを連結する OJ の中核タンパク質であり、CCDC105・TEX43 とともに三者複合体を形成して軸糸構造を安定化することが判明した。Cfap77 欠損雄マウスは精子数や形態は正常だが運動性は大幅に低下し、約45%の B-チューブが OJ で開裂していた。cryo-ET と AI 解析により、CFAP77 の欠失が複合体消失→OJ 断裂→鞭毛運動障害へとつながる分子機構が詳細に解明された。本研究は、遺伝子改変モデルと in situ 構造生物学を統合することで、軸糸機能の分子基盤を解明する新たな研究手法の有効性を示した。

CFAP77複合体の構造研究により精子尾部の完全性を解明(Structural Study Finds CFAP77 Complex Critical for Sperm Tail Integrity)
Schematic illustration of the axonemal structure of cilia/flagella and the A-B tubule connection within DMTs. (Image by SUN Fei’s group)

<関連情報>

The core outer junction protein CFAP77 connects A- and B-tubules within doublet microtubules of cilia and flagella

Lan Xia ,Guo-Liang Yin ,Yu Long,Fei Sun,Bin-Bin Wang ,Yun Zhu ,Su-Ren Chen
PLOS Biology
  Published: October 21, 2025
DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003442

Abstract

The assembly and physiological function of cilia and flagella depend on the stable association of A- and B-tubules, which form axonemal doublet microtubules (DMTs). However, the mechanisms underlying the connection of B-tubules to A-tubules to form DMTs in mammalian cilia/flagella are unclear. CFAP77 encodes an outer junction (OJ) protein within DMTs that is conserved across many species and cell types. In this study, Cfap77-KO mice were generated to reveal that CFAP77 is essential for sperm progressive motility and male fertility. Loss of CFAP77 led to opened B-tubules specifically at the OJ regions of axonemal DMTs as revealed by conventional transmission electron microscopy. Cryo-electron tomography was used to further resolve the in situ structure of sperm axonemal DMTs directly from Cfap77-KO mice, which exhibited a loss of large filamentous density corresponding to the CFAP77-CCDC105-TEX43 ternary subcomplex at the OJ regions. Additionally, sperm proteomic analysis confirmed that CFAP77 knockout led to the complete loss of this ternary complex. Our work not only explores the physiological role of the OJ protein CFAP77 in axonemal A- and B-tubule connections in mammals but also combines in situ structural biology and knockout mice to reveal the underlying structural/molecular mechanism involved.

細胞遺伝子工学
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