Lurap1在斑马鱼原肠胚形成中调节肌动蛋白细胞骨架组装和细胞黏附的机制研究

Early embryonic development involves a variety of pivotal morphogenetic events. Dynamic cytoskeletal reorganisation is crucial for regulating cell movement. In zebrafish, epiboly is the earliest morphogenetic movement during which blastoderm cells cover the yolk cell and different populations of cells move to their correct positions, forming the three germ layers and elongating the anteroposteior axis. In this process, differential adhesion between distinct cell populations coordinates cell shape changes and directional movement, but the mechanism regulating these activities remains to be further investigated. Our recent work revealed that the adaptor protein Lurap1 (leucine-rich adaptor protein 1) plays a crucial role in epiboly movement. In lurap1 maternal and zygotic mutants, epiboly movement is delayed and the formation of F-actin is strongly inhibited in the blastoderm and yolk cell cortex, resulting in abnormal changes in cell behaviour and polarity, and leading to gastrulation defects. Based on these findings, we plan to further study the implication of Lurap1 in gastrulation cell movements by in vivo and in vitro adhesion assays and live-imaging experiments. The aim of this project is to understand the mechanism by which Lurap1 and its binding partners regulate cytoskeleton organisation and cell adhesion during epiboly. The results should provide novel insight into the mechanism that control cell movement during vertebrate development.

早期胚胎发育过程涉及各种关键的形态发生事件，而细胞骨架的动态组装对调节细胞的运动至关重要。在斑马鱼中，下包是首个出现的形态发生运动，它使胚盘层包裹整个胚胎，并使不同的细胞群体处于正确的位置，以形成三个胚层。在这个过程中，不同细胞群体之间的黏附性差异协调细胞的形态变化和定向运动，但是其中的调节机制仍有待进一步研究。我们的前期工作发现衔接蛋白Lurap1对下包运动有重要的作用。在lurap1的母源合子突变体中，下包运动延迟，胚盘层以及卵黄细胞皮层中丝状肌动蛋白的形成受到显著抑制，导致下包过程中细胞行为和极性的变化发生异常以及原肠胚形成缺陷。基于此，我们计划深入研究Lurap1在原肠胚形成过程中调节细胞运动的分子机制，利用体内和体外黏附实验以及活体成像等手段分析Lurap1及其结合蛋白对细胞骨架组装和细胞黏附力的调节作用。本项目的研究结果将为脊椎动物早期发育过程中细胞运动的调控机制提供新的认知。

连接蛋白Lurap1对细胞运动具有关键作用，但其调节机制及其在早期发育过程中的功能鲜有报道。我们前期的研究结果发现Lurap1母源-合子突变体（MZlurap1）下包运动延迟、胚盘层以及卵黄细胞皮层中丝状肌动蛋白的形成受到显著的抑制。鉴于此，我们拟深入研究Lurap1在斑马鱼早期胚胎发育过程中是如何驱动下包运动并探讨其分子机制。进一步研究显示，MZlurap1突变体下包运动延迟与细胞分裂无关，并且Lurap1影响早期胚胎发育而对后期没有影响。通过Timelapse实验以及Phalloidin染色，我们还发现突变体中深层细胞的辐射向嵌插行为异常，细胞骨架组装紊乱，而且F-actin ring 变薄。结合前期的E-YSN运动异常和EVL边缘细胞形状改变，这些实验结果表明Lurap1的功能缺失导致下包运动的驱动力发生改变；针对机制方面的探索，我们通过细胞分选和细胞重凝聚实验检测了突变体细胞之间的粘附力，发现突变体细胞之间的粘附力减弱，这可能是由于Lurap1突变体中粘附蛋白E-cadherin的定位异常导致的。因此，在下包运动过程中，Lurap1的功能缺失导致细胞粘附降低，细胞骨架组装异常，进而减弱下包运动的驱动力，从而导致下包延迟。