南科大/北大深研院團隊聯(lián)合發(fā)文揭示C1ql1介導(dǎo)突觸連接的分子機制

細胞黏附分子（CAM）在建立和維持突觸連接中至關(guān)重要。最新證據(jù)表明，突觸間隙內(nèi)的一些分泌因子，包括C1q樣蛋白，通過連接兩側(cè)的CAM在突觸前和突觸后起著重要的橋接作用。然而，這些分泌因子在突觸組裝中的作用機制仍未完全闡明。2025年12月，南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院神經(jīng)生物系魏志毅副教授課題組聯(lián)合深圳灣實驗室/北京大學(xué)深圳研究生院張勃課題組在Nature Communications (IF 15.7) 期刊發(fā)表題為“Structural basis of calcium-dependent C1ql1/BAI3 assemblies in synaptic connectivity”的文章。研究聚焦 C1ql1與突觸后膜受體BAI3相互作用介導(dǎo)突觸連接的分子機制，揭示了鈣調(diào)控下C1ql1的動態(tài)組裝及其對突觸形成與維持的關(guān)鍵作用，為理解突觸連接的分子基礎(chǔ)提供了重要見解。

· 維真助力 - 腺相關(guān)病毒·

實驗動物：P21 C1ql1-KO 小鼠

病毒產(chǎn)品：AAV2/9-CAG-eGFP-WPREpA;

AAV2/9-CAG-HA-mC1ql1-T2A-eGFP-WPRE-pA；

AAV2/9-CAG-HA-mC1ql1(A209S)-T2A-eGFP-WPREpA;

AAV2/9-CAG-HA-mC1ql1(D208N)-T2A-eGFPWPRE-pA;

AAV2/9-CAG-HA-mC1ql1(Y247A)-T2AeGFP-WPRE-pA；

注射方式及部位：腦立體定位注射雙側(cè)下橄欖核（IO）

注射量：250 nL/site，總500nL

IO中AAV病毒注射的共聚焦成像

研究結(jié)果

1、C1ql1_gC1q以鈣離子依賴的方式與BAI3的C末端擴展CUB結(jié)構(gòu)域相互作用

C1ql蛋白共享相似的結(jié)構(gòu)域組織，由NT區(qū)、中間膠原樣（CL）序列和C末端典型的gC1q結(jié)構(gòu)域組成。研究團隊通過分析型尺寸排阻色譜和多角度光散射發(fā)現(xiàn)，gC1q結(jié)構(gòu)域在溶液中存在三聚體和六聚體兩種組裝形式，二者可動態(tài)轉(zhuǎn)換。X射線晶體結(jié)構(gòu)顯示，六聚體由兩個三聚體以“尾對尾”方式結(jié)合形成，每個三聚體中的β4-β5發(fā)夾結(jié)構(gòu)外翻，與另一個三聚體的對應(yīng)發(fā)夾結(jié)構(gòu)交換，形成結(jié)構(gòu)域交換界面。這一過程與中央鈣離子軸的部分重組直接偶聯(lián)。BAI3被認(rèn)為是PC突觸后膜上的特異性CAM，與CF終末釋放的C1ql1相互作用，介導(dǎo)CF-PC突觸的發(fā)育和突觸傳遞。通過截斷體結(jié)合實驗確定，BAI3中與C1ql1_gC1q結(jié)合的最小區(qū)域是CUB結(jié)構(gòu)域，尤其是eCUB²⁵³片段表現(xiàn)出最高親和力。進一步截除延伸序列會導(dǎo)致結(jié)合完全喪失，說明CUB結(jié)構(gòu)域后的延伸序列對互作至關(guān)重要。ITC與aSEC分析表明，在鈣離子濃度低于0.1 mM時結(jié)合顯著減弱，而在≥0.5 mM時形成穩(wěn)定復(fù)合物。這表明生理水平的突觸間隙鈣濃度是保證C1ql1與BAI3有效互作的關(guān)鍵條件。此外，gC1q三聚體與六聚體均能以鈣依賴方式結(jié)合BAI3 eCUB，但六聚體形成穩(wěn)定復(fù)合物所需鈣離子濃度更高。此外，BAI3的結(jié)合會阻斷gC1q三聚體與六聚體之間的動態(tài)轉(zhuǎn)換。

C1ql1_gC1q以Ca2+依賴的方式與BAI3_eCUB相互作用

2、C1ql1_gC1q/BAI3_eCUB復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)

研究團隊通過冷凍電鏡技術(shù)解析了C1ql1_gC1q六聚體與BAI3 eCUB復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，整體分辨率約為3.5 Å。結(jié)構(gòu)顯示一個gC1q六聚體結(jié)合四個BAI3 eCUB分子，每個三聚體單元結(jié)合兩個eCUB。界面處存在一個關(guān)鍵的“橋接”鈣離子，同時與gC1q的D193、D235及eCUB的D63配位，直接穩(wěn)定了相互作用網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合界面的關(guān)鍵殘基（如gC1q的Y247與eCUB的T65、K66等）通過氫鍵與疏水作用進一步加固了復(fù)合物組裝，相關(guān)突變實驗證實了這些結(jié)構(gòu)觀察到的相互作用對于C1ql1/BAI3結(jié)合至關(guān)重要。結(jié)合特異性方面，C1ql 家族成員均能與BAI2/3結(jié)合，但不與BAI1結(jié)合，源于BAI1中 E60/T65 殘基不保守。進一步的研究顯示gC1q三聚體/六聚體轉(zhuǎn)換有助于C1ql1與細胞表面的BAI3結(jié)合。全長C1ql1通過 N 端（NT）介導(dǎo)的二硫鍵連接和gC1q結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的結(jié)構(gòu)域交換，共同形成高階寡聚體，該組裝模式對其與BAI3的結(jié)合及突觸功能至關(guān)重要。

gC1q/eCUB相互作用的結(jié)構(gòu)和生化分析

3、C1ql1的動態(tài)組裝及其與BAI3的相互作用對于維持攀爬纖維突觸至關(guān)重要

先前的工作報道了C1ql蛋白影響培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元中的突觸密度，表明gC1q的不同寡聚體形式可能對突觸性質(zhì)具有不同的影響。因此研究團隊探討了gC1q六聚體對體內(nèi)突觸，特別是CF突觸的作用。在C1ql1敲除小鼠中，蒲肯野細胞近端與遠端樹突上的vGluT2陽性突觸密度分別降低約30%和60%，且突觸斑塊尺寸異常增大，表明C1ql1對CF-PC突觸的維持具有關(guān)鍵作用。進一步在C1ql1敲除小鼠中利用AAV病毒載體表達野生型及突變型C1ql1進行挽救實驗，發(fā)現(xiàn)野生型C1ql1可部分恢復(fù)vGluT2突觸密度，破壞BAI3結(jié)合的Y247A突變體無法挽救突觸丟失；干擾gC1q三聚體/六聚體動態(tài)轉(zhuǎn)換的突變體（D208N、A209S）同樣無法恢復(fù)突觸數(shù)量，其表型與結(jié)合缺陷突變體類似。以上結(jié)果證明，gC1q結(jié)構(gòu)域的三聚體/六聚體動態(tài)轉(zhuǎn)換能力，以及C1ql1與BAI3的有效結(jié)合，兩者共同構(gòu)成維持CF-PC突觸完整性的必要條件。

C1ql1的gC1q六聚體是維持CF-PC突觸數(shù)量所必需的

研究結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)C1ql1的三聚體球狀 C1q（gC1q）結(jié)構(gòu)域會發(fā)生鈣調(diào)控的結(jié)構(gòu)域交換事件，進而形成六聚體。鈣離子對 C1ql1_gC1q 六聚體與BAI3的延伸 CUB 結(jié)構(gòu)域形成的復(fù)合物具有穩(wěn)定作用。借助gC1q六聚體，全長C1ql1可進一步組裝成線性簇，這可能為BAI3 受體在細胞膜上的聚集提供支架。細胞實驗和體內(nèi)研究證實，gC1q介導(dǎo)的C1ql1動態(tài)組裝在受體聚集和突觸維持中發(fā)揮作用。綜上，研究結(jié)果揭示了一種合理的分泌因子介導(dǎo)突觸連接的機制，該機制由鈣調(diào)控的C1qls組裝及其與細胞粘附分子的相互作用驅(qū)動。