摘要: Septins是一类在真核生物中高度保守的GTP结合蛋白;在芽殖酵母中筛选细胞分裂调控基因时，Septin家族蛋白被发现。Septin在哺乳动物细胞中形成类似于微丝、微管、中间纤维的丝状结构，因此被认为是第四类细胞骨架。Septin蛋白之间通过其NC端和其中间的... 展开 Septins是一类在真核生物中高度保守的GTP结合蛋白;在芽殖酵母中筛选细胞分裂调控基因时，Septin家族蛋白被发现。Septin在哺乳动物细胞中形成类似于微丝、微管、中间纤维的丝状结构，因此被认为是第四类细胞骨架。Septin蛋白之间通过其NC端和其中间的GTP结合结构域相互作用，先形成镜像对称的低聚复合物，再聚合形成丝状纤维或沙漏状、环状等高级结构。大部分的Septin蛋白N端含有多聚碱性氨基酸区域(PBR，polybasicregion)，可与带有负电荷的磷脂相互作用结合到细胞膜上。Septin在细胞内主要作为脚手架蛋白和扩散屏障，在细胞迁移、胞质分裂、精子及纤毛发生以及细胞极性生长等多种生命活动中发挥关键的调控作用。目前，Septin如何定位到细胞膜以及Septin如何调控胞质分裂还不甚清楚。 我们以裂殖酵母作为模式生物，采用酵母遗传学、分子生物学与生物化学、高分辨活细胞显微镜成像等技术手段，解析Septin在细胞膜上定位的调控机制和Septin调控胞质分裂的作用机制。 活细胞显微镜观察分析表明，细胞间期时Septin在细胞生长末端两侧细胞膜形成明显的富集定位。为此，我们在本研究第一部分聚焦和解析Septin在细胞生长端两侧细胞膜上富集的机制和功能。小GTP酶Cdc42是细胞极性生长的关键调控蛋白。我们发现Cdc42的GAP(GTPase-activatingprotein)Rga6是Septin在细胞生长端膜两侧富集的关键调控蛋白。Rga6的缺失削弱Septin在细胞质膜上的定位并破坏Septin在细胞生长端膜两侧的富集。显微镜观察分析揭示Rga6与Septin在细胞膜上部分共定位;生化实验分析揭示Septin复合物与Rga6蛋白直接相互作用。体外脂质体重组实验进一步揭示Rga6促进Septin与重组脂质体膜结合。这些实验结果表明Rga6可能通过与Septin互作介导Septin在细胞膜上的准确定位。活细胞显微镜成像观察分析表明Septin在细胞末端膜两侧的富集定位对Cdc42在细胞末端的分布起关键调控作用。因此，Rga6可能一方面通过GAP活性直接抑制Cdc42的活性，而另一方面，通过促进Septin在细胞生长端膜两侧富集将活化的Cdc42限制在细胞生长末端，协同调控细胞极性生长。 活细胞显微镜成像观察分析还揭示，Septin核心组分Spn1的缺失导致肌动蛋白收缩环(contracticleactomyosinring)提前在细胞分裂位点组装并且显著减小收缩环的收缩速率。为此，我们在本论文第二部分重点解析Septin调控胞质分裂的作用机制。裂殖酵母中SIN（Septationinitiationnetwork）信号通路和隔膜合成调控肌动蛋白收缩环的成熟以及收缩。因此，我们利用活细胞显微镜观察分析SIN信号通路下游蛋白激酶Sid2以及负责隔膜合成的葡聚糖合成酶Bgs1与Ags1的定位。实验结果显示Spn1的缺失导致Sid2、Bgs1、Ags1在细胞分裂处的组装显著提前且定位维持时间显著缩短。这些结果表明Septin通过调控SIN信号通路Sid2激酶以及葡聚糖合成酶在细胞皮层处的准确定位，进而参与调控胞质分裂。 综上所述，本论文发现了调控Septin结合细胞膜的关键蛋白，阐明了Septin结合细胞膜的新机制。此外，我们通过观察胞质分裂调控机器的组装与解聚，阐明了Septin调控胞质分裂的作用机制，加深了我们对胞质分裂过程的理解。 收起