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在大多数脊椎动物细胞中,由微管、微丝和中间丝组成的细胞骨架形成一个从细胞核边缘经细胞质一直延伸至细胞边缘的具有连续结构的空间网络,在细胞运动、细胞周期运行以及胞内物质运输等方面发挥重要作用。其中,中间丝因其种类繁多、组织特异性的表达模式以及与多种遗传疾病的关联而日益受到关注。
本论文从一类调控蛋白14-3-3与细胞骨架蛋白的相互作用入手,阐明14-3-3对不同细胞骨架动态组装的调控机制并对一种中间丝蛋白nestin的组装性质进行初步研究。
14-3-3是一类具有多功能的蛋白家族,它们可以与细胞内的许多蛋白结合,并调节这些蛋白的功能。以往的研究表明体外培养的原代星型胶质细胞在缺氧条件下,14-3-3γ的表达有特异性上调;14-3-3γ与中间丝蛋白GFAP在缺氧条件下的反应性星型胶质细胞和神经退型性疾病中都发挥着保护作用。因此本研究从星型胶质细胞中14-3-3γ与GFAP的相互作用入手,并结合14-3-3γ对F-actin的影响来阐释14-3-3γ对细胞骨架动态组装的调节机制。结果表明14-3-3γ在细胞内可以直接结合GFAP,这种相互作用不依赖vimentin;14-3-3γ与GFAP磷酸化的可溶和细胞骨架成分均结合,这种结合依赖磷酸化和细胞周期的变化;14-3-3γ与GFAP的相互作用与GFAP第八位丝氨酸磷酸化相关:14-3-3γ的过量表达对于胶质丝的完整性和动态性质都有影响。本研究提出了一个模型来解释在胶质细胞有丝分裂前期GFAP纤维过磷酸化,使14-3-3γ结合到GFAP头部结构域的第八位磷酸化的丝氨酸上。同时,本研究还表明14-3-3γ同样与可溶性和纤维状的actin结合,并共定位于胞质分裂环,14-3-3γ与actin的结合受到相关蛋白磷酸化状态和actin纤维稳定性的影响,14-3-3 γ的过表达影响了细胞贴壁过程中丝状伪足的生长。
本研究首次发现一类重要的调控蛋白14-3-3对中枢神经系统的中间丝这一类具有高度组织特异性表达的细胞骨架发挥着调控的作用,这有助于我们研究细胞骨架在众多神经退行性疾病发生过程的的作用和调控机理。
Nestin是一种较特异的表达于神经上皮干细胞的中间丝蛋白,因其表达的时空特异性而倍受关注,但目前对nestin组装性质和功能的了解甚少。利用昆虫细胞和哺乳动物细胞两套研究体系,我们的研究结果表明在体内nestin不能自组装成纤维,但可以与GFAP或vimentin共组装成纤维。Nestin/vimentin嵌合蛋白的组装实验表明,nestin的杆状结构域使其失去了自组装能力,头部结构域增加了中间丝网络的不稳定性,我们预测nestin尾部结构域在三种细胞骨架网络之间发挥连桥功能。