细胞骨架通过支撑细胞形态和结构,定位细胞器和时空依赖的生化反应,调节着细胞精密结构和内部组织。因此细胞骨架具有许多至关重要的细胞学功能。微管是真核生物的三大主要细胞骨架之一,其作用包括调控细胞分裂,细胞极性和迁移,物质运输和信号转导等一系列细胞生命活动。微管的细胞学功能依赖其高度可控的动态性。在细胞内,微管结合蛋白调控微管动态性以及微管与其它亚细胞结构的结合。微管正端跟踪蛋白是一类特异结合并跟踪正在生长的微管正末端的微管结合蛋白。微管正端跟踪蛋白因其独特的定位特性,调控着许多重要细胞活动中的微管动力学以及基于微管的细胞学功能。微管正端跟踪蛋白的异常与多种病理生理有关,包括肿瘤,感染,心血管疾病等。因此,近些年来,微管正端跟踪蛋白越来越受到细胞生物学研究者的广泛的重视,成为该领域研究的热点之一。对微管正端跟踪蛋白及微管动力学的研究不仅能揭示不同生命活动中微管动态性调节的分子机制,也能为微管正端跟踪蛋白异常相关疾病的治疗提供理论基础。微管正端跟踪蛋白主要通过CAP-Gly结构域或SxIP序列结合微管正端跟踪蛋白的核心组分-EB蛋白,进而结合并跟踪正在生长的微管正末端。通过计算生物学分析并结合生物化学功能鉴定,我评估了许多含有SxIP序列的潜在的微管正端跟踪蛋白。为了深入揭示微管正端跟踪蛋白的分子特性和细胞学功能,我们挑选了两个有代表性的蛋白作深入解析。一个是已知的微管正端跟踪蛋白MCAK,其因在有丝分裂中参与染色体分离保真性的调节而备受重视：另一个是DDA3,是一个潜在的微管正端跟踪蛋白。在细胞分裂中,动点与纺锤体微管的相互作用调控了染色体的运动。作为微管解聚酶的微管正端跟踪蛋白MCAK是有丝分裂中纺锤体组装和动态性的主要调节者之一。但是,MCAK在有丝分裂过程中其解聚酶活性调节的分子机制仍然不是很清楚。在我的论文的第一部分,我们发现,PLK1是MCAK的一个新的调节因子。生化实验表明MCAK在体内和体外均可与PLK1相互作用。MCAK通过其颈部区域和马达结构域与PLK1的激酶结构域结合。体外磷酸化实验表明MCAK是PLK1的一个新的底物。PLK1对MCAK羧基端的磷酸化上调了MCAK的微管解聚活性。有趣的是,我们发现MCAK存在分子内相互作用,而且这种相互作用被PLK1介导的磷酸化调控。所以我们推测PLK1很有可能通过调节MCAK的分子构象进而调节其微管解聚酶活性。免疫荧光和活细胞实时成像分析显示,过表达MCAK的模拟磷酸化突变体会导致染色体错误排列的细胞和多极纺锤体的细胞显著增加；而过表达不可被磷酸化MCAK突变体导致细胞在有丝分裂后期出现染色体桥和滞后染色体。前者可能因为过高的MCAK的活性导致了纺锤体组装的异常；而后者可能是因为过低的MCAK活性无法在有丝分裂后期起始前及时纠正错误的动点-微管连接。这说明PLK1对MCAK活性的精确调节对纺锤体微管的动态性以及染色体分离的忠实性至关重要。我们推测PLK1对MCAK的动态调节保证了有丝分裂的正常进行。如果PLK1不能动态地调控MCAK,将导致染色体分离异常和非整倍体细胞的产生；而在肿瘤中,过高的MCAK和PLK1的活性可能是肿瘤基因组不稳定性潜在的原因之一。在阐述了MCAK在细胞有丝分裂中的新的调控机制之后,我转向研究微管正端跟踪蛋白在间期细胞动力学中的功能调节。细胞迁移和粘着涉及微管与微管正端跟踪蛋白动态的相互作用。但是,人们对微管正端跟踪蛋白在微管动力学以及细胞迁移中的调控机制仍然不是很清楚。于是,在我的论文的第二部分,我们重点阐述了DDA3作为微管正端跟踪蛋白的分子特性以及在细胞迁移中的生物学功能。我们的研究发现,DDA3和EB1动态的相互作用通过调节微管正末端的动态性,促进了细胞的定向迁移。生化实验表明DDA3是一个新的EB1结合蛋白,它通过羧基端的富含脯氨酸和丝氨酸区域中的SxIP基序与EB1结合。通过显微实时摄影和全内反射显微术,我们发现DDA3是一个特殊的微管正端跟踪蛋白,其微管正端定位和跟踪的能力依赖于EB1。作为一个微管正端跟踪蛋白,DDA3对细胞皮层附近的微管正末端的稳定性至关重要。DDA3通过调节微管的动态性促进了细胞的定向迁移。所以,微管正端跟踪蛋白DDA3将微管的动态性与细胞的定向迁移联系了起来。更为重要的是,DDA3与EB1的结合受到EB1乙酰化的调节,EB1的这种翻译后修饰调节可能是EGF刺激的细胞迁移中DDA3功能的潜在调控机制。我们的工作首次揭示了乙酰化是细胞迁移中微管正端跟踪蛋白与微管结合的重要调控机制,为细胞迁移中信号转导通路的研究开辟了新的方向。