纤毛（Cilia）是大多数真核细胞表面伸出的毛发状结构，是基于微管的细胞器，在细胞感知、信号传导和运动中发挥关键作用。运动纤毛通过快速摆动推动周围液体流动或使细胞在液体中移动。运动纤毛的核心结构是轴丝，呈 “9+2” 排列（9 组外周双微管围绕2根中央单微管），沿轴丝有96纳米重复单元，包含驱动运动的动力蛋白臂及多种调控复合物（如径向辐条等）（图1a-c）。尽管冷冻电镜等技术已解析多数纤毛复合物的结构，但第三径向辐条（RS3）的全长结构（尤其是远端结构和蛋白组成）仍不明确，且动力蛋白马达的时空调控机制尚未完全阐明。

已知RS3有CFAP61、CFAP251、LRRC23、CFAP91四组分。研究人员发现CFAP61 敲除后RS3稳定性下降，经比较蛋白质组学分析，鉴定出87个相关蛋白（49个小鼠中保守），明确AK7、AK9为RS3特异性腺苷酸激酶（adenylate kinases, AK）。利用冷冻电子断层扫描（cryo-ET）进行三维结构成像，结果显示，WT和AK1-KO纤毛未见RS 缺失（图1d-e）；但AK7-KO纤毛RS3头部和颈部缺失，仅存部分基部且有不同程度截短（图 1f,g），证明AK7是RS3保守组分。对比WT与AK7-KO小鼠轴丝的 LC-MS 数据，发现有12个蛋白显著减少（含AK9、LRRC23等），进一步锁定RS3核心组分。

之后，研究团队利用冷冻电镜对小鼠气管纤毛轴突进行了单颗粒重构。通过优化方法处理小鼠气管轴丝并采集图像，经优化处理后，获得RS3基-柄部（4.7Å）和颈-头部（7.1Å）的清晰结构。RS全长与RS1、RS2相近，由基部（含两个DMT附着位点）、纤细的柄部（可能提供灵活性）、带四个 “支柱” 的颈部及与中央对复合体作用的扁平头部组成。基部与DMT的连接涉及CFAP251和CFAP57 等关键蛋白（图1h-p）。

图1. 小鼠呼吸道纤毛的结构组织及全长RS3的冷冻电镜单颗粒重建结果

利用已有的人类RS3基部原子模型，结合小鼠蛋白序列和多种结构预测与蛋白组学数据，研究人员成功构建了小鼠RS3的完整原子模型，定位了14种RS3特异性蛋白（其中10种为新发现），并确认了多个与RS3相互作用的蛋白。

其中，RS3头部由5种酸性蛋白组成（包括AK7、AK9和LRRC23），其表面带有高度负电势，这有助于防止RS3头部与中央管复合体碰撞或粘连，从而保证轴突的正常滑动和弯曲功能。头部有6个腺苷酸激酶催化结构域（图2a-h），其中2个AK7各含1个图2a、f、g），AK9含 4个（图2a-e）。AK能催化2分子ADP可逆生成ATP和AMP（图2i），但AK9的2个催化结构域因LRRC23的N端β-发夹插入而受抑制，且二者存在额外相互作用（图2b、c，箭头）。生化实验显示，CFAP61敲除的四膜虫轴丝AK活性显著低于野生型（（图2j）），与AK7和AK9 减少一致，表明RS3头部对 ATP再生的重要性。

图2. RS3的AK活性

RS3颈部结构由AK7、AK9的C端区域与MDH1–MDH1B异二聚体形成四个角状支柱，汇聚于远端柄部并与CFAP91的钩状C端作用，结构类似 “固定伞”，具稳定性（图3a-d）；相关蛋白含延伸螺旋（如AK7的C端α螺旋、CFAP91的C端片段），CFAP91作为骨架贯穿基部、柄部和颈部（图3a）。冷冻电镜图谱的两个特征支持MDH1–MDH1B 异二聚体的存在（图3a，b），并且对RS3结构完整重要，其中MDH1B的N端球状结构域起间隔作用（图3a），而MDH1参与维持细胞redox平衡。

RS3柄部中，CFAP91呈高度延伸的α螺旋结构，连接RS2和RS3的DMT对接位点，贯穿基部和柄部，通过与多蛋白相互作用形成约30nm的骨架，类似RS1和RS2中的RSP3（图3a）；柄部远端由C10ORF53形成，与MDH1B等相互作用（图3d），近端含AKAP14、MORN5、STYXL1等（图3d, e），MORN5、STYXL1与CFAP91片段形成的复合物可稳定结构；柄部存在 “裸露” 的CFAP91片段，可能作为枢轴点赋予 RS3 灵活性以适应纤毛摆动时的空间变化（图3a）；蛋白质组学显示AK7⁻/⁻纤毛中MDH1B等大幅减少，CATIP和PRKAR2A 的功能域不清晰，仅小片段附着于柄部，球状结构域通过长无序连接区相连。

图3. 新鉴定的RS3蛋白间的相互作用

纤毛需精确协调数百个动力蛋白马达以产生特征性的振荡摆动，时空调控不当会导致纤毛麻痹或波形不协调。本篇文章鉴定并定位了所有RS3蛋白组分，揭示了RS3作为代谢中心调控纤毛运动。在已知的4个RS3亚基基础上又新增了10个蛋白质，由此得到了独特的全长RS3结构的原子模型。RS3 含磷酸化调控相关蛋白及能量代谢相关酶，兼具调控与代谢功能，通过维持纤毛中ATP/ADP的适当比例，维持动力蛋白介导的纤毛摆动。