昆虫特有肌球蛋白的功能与调节研究

肌球蛋白是真核细胞中的一类重要功能蛋白，它可以将ATP水解产生的化学能转化成机械能。按照氨基酸顺序差异，肌球蛋白可分为30多类。目前研究比较清楚的肌球蛋白是哺乳动物和酵母中的肌球蛋白。这些肌球蛋白在细胞运动和细胞内各种物质转运过程中起着关键作用。昆虫基因组中的肌球蛋白绝大多数与其它物种的肌球蛋白结构相似，但其中一种XX型肌球蛋白是昆虫特有的。果蝇的 XX型肌球蛋白被命名为Myo29D，初步的研究表明Myo29D与果蝇的足翅发育有关，但其具体的生理生化功能还很不清楚。为此，我们首先要研究这种肌球蛋白是否具有运动活力。其运动活力将通过两个指标来确定：ATP水解酶活力和体外运动活力。在此基础上，我们将进一步要研究其运动活力调节的机制。这一研究对于对深入理解肌球蛋白在昆虫生长发育中的作用有指导意义，同时也对研究肌球蛋白在其它真核细胞中的功能与调节有着重要的借鉴作用。

肌球蛋白是一类重要的功能蛋白，在肌肉收缩、细胞运动、细胞极性、囊泡和大分子的转运定位等过程中起着关键作用。一般认为肌球蛋白的上述功能依赖于其运动活力，即将ATP水解释放的化学能转化为动能，沿着微丝(Actin)运动。按照氨基酸序列不同，肌球蛋白目前被划分为至少35个种类，其中第20类肌球蛋白只在昆虫和少数低等动物中存在。果蝇的dachs基因编码的第20类肌球蛋白Myo29D，dachs基因突变会引起果蝇足和翅的发育畸形。遗传学实验表明Fat-Hippo信号通路在果蝇足翅发育中起着关键作用，Myo29D是该信号通路中的一个重要成分，但Myo29D在信号通路中发挥作用的分子机制还不清楚。序列分析表明Myo29D由下列功能域组成：位于N’端的延长段、马达头部、马达颈部、和尾部。Myo29D马达头部的氨基酸序列与其他肌球蛋白的相似性较高，其中参与ATP结合与水解的序列几乎完全保守。序列分析的结果暗示Myo29D应该具有其他肌球蛋白类似的马达运动活性。. 为了确定Myo29D的功能，我们将Myo29D的编码序列重组克隆到杆状病毒基因组，感染昆虫Sf9细胞表达Myo29D蛋白；利用亲和层析纯化得到了Myo29D蛋白。我们分析测定了Myo9D的一系列与分子马达相关的功能，主要成果如下：1）我们确定了结合于Myo29D马达颈部的轻链是钙调蛋白calmodulin。2）我们测定了重组表达的Myo29D马达头部的ATP水解酶活力。我们发现Myo29D的马达头部不但没有水解ATP的活力，而且不结合ATP，这个结果表明Myo29D在细胞内不是行使马达运动功能。3）与已知的肌球蛋白类似，我们发现Myo9D的马达头部也可以结合actin。但与其他种类肌球蛋白不同，Myo29D与actin的结合不受ATP影响，Myo29D与actin的亲和力也比其他肌球蛋白低。Myo29D的N端延长段可以促进Myo29D马达头部与actin的结合。4）Myo9D与其Fat-Hippo信号通路下游蛋白Zyx102直接结合，并且相互促进与actin的结合。根据上述结果，我们推测Myo29D在果蝇细胞内不是分子马达，而是行使actin结合蛋白的功能，通过影响Zyx102与actin的结合调节细胞的分化，进而影响足和翅的发育。