Acapin-ACAP4-ARF6信号轴调控细胞迁移的分子机制研究

Cell migrations are a recurring theme in important morphogenic processes and adult organism. For most cells in most chemotaxis environments, directional movement is an integrated process that is physically coordinated both signal transduction pathways and cytoskeleton rearrangement. ARF6 small GTPase regulates actin and membrane remodelling. Our previous research showed that ARF6 regulate vesicular traffic, cytoskeleton dynamics and endocytosis through its special GTPase activation proteins ACAP4 to modulate cell migration (Zhao et al., 2013. PNAS). However, the molecular mechanisms of ARF6-ACAP4 interaction is not well understood. Our recent work suggests that Acapin is a novel binding partner of ACAP4, which can promote the cell migration through inhibit the GAP activity of ACAP4. In order to elucidate the regulation mechanism of the Acapin related signaling pathways during cell migration, we will precisely explore the molecular and regulatory mechanisms of Acapin-ACAP4-ARF6 signaling axis and demonstrate the signaling pathway and related key molecular network in cell migration by the newest experiment methods and technology such as molecular genetics，cell biology, biophotonics. Further studies of the Acapin related signal pathway will help us enrich the theory of the regulatory mechanism of epithelial cell plasticity, which also provide a theoretical basis for the treatment related cancer.

细胞迁移是个体发育与器官形成的重要生物学活动。细胞在诱导源的作用下,经过一系列胞内信号转导及骨架重排后实施定向运动。ARF6是一类调控细胞动力学特征的小GTP酶。我们实验室的系列研究揭示：ARF6通过与其特异性激活蛋白ACAP4相互作用调控囊泡运输、微丝骨架重构及胞饮等过程,介导细胞的定向运动(Zhao et al.,2013.PNAS)。但是,ARF6-ACAP4相互作用的分子调控机制一直不甚清晰。我近期工作鉴定了一个新颖的ACAP4结合蛋白Acapin与其动态作用调控ARF6-GTP的时空动态性。为了阐明Acapin相关信号通路的调控机制，我们拟结合分子遗传学、细胞生物学及生物光子学等新技术，详尽研究Acapin-ACAP4-ARF6信号轴的信息流传递的分子调控机理，并系统阐明这个信号轴在调控细胞定向运动过程中的细胞生物学与分子病理学功能。本课题的完成也将为相关癌症的治疗提供理论依据。

细胞迁移是一个多组分结构和组件集成的复杂过程，包括运动机械动力学、各种元素间的化学反应以及时空协调的物理特征。在其发生发展过程中，任何一步调控异常都会导致细胞迁移能力的改变，甚至促进肿瘤细胞的恶性转移。ARF6是一类调控细胞囊泡运输和细胞骨架重拍等动力学特征的小GTP酶。本课题组系列研究揭示，ARF6通过与其特异性激活蛋白ACAP4相互作用调控囊泡运输、微丝骨架重构等过程，调控细胞的定向迁移。作为ARF6特异性的GTP酶激活蛋白，ACAP4调控EGF介导细胞迁移，但是目前还不清楚其中的分子调控机制。本研究在前期工作基础上通过通过蛋白质组学的方法鉴定一个全新的ACAP4结合蛋白，Acapin，抑制ACAP4的GAP活性。生化实验表明，Acapin和ARF6竞争性的结合ACAP4。敲低Acapin的细胞，胞内ARF6-GTP明显减少。过表达Acapin的细胞，胞内ARF6-GTP显著升高。在EGF刺激作用下，活化的Akt激酶磷酸化Acapin第247位丝氨酸位点，并且该位点的磷酸化增强结合ACAP4的能力。而且过表达Acapin模拟磷酸化突变体，促进了ARF6的活性和细胞迁移能力。进一步的研究表明敲低Akt的细胞，胞内ARF6的活性显著降低。同时，我们还揭示了细胞迁移过程中Acapin是通过ACAP4调控ARF6活性，并且Akt介导的Acapin磷酸化稳定激活ARF6活性进而促进细胞的迁移。因此，我们的工作发现了一个新型调控ARF6的活性的分子机制，以及在细胞迁移过程中细胞如何在时空上动态的调控ARF6的活性。结合分子遗传学、生物化学和生物光子学等技术，我们详尽地研究了Acapin磷酸化修饰及其与ACAP4蛋白相互作用的分子机理，并系统阐明这些蛋白相互作用在调控ARF6活性以及细胞迁移中的功能。综上，本课题完成了本项目的所有研究计划，达到预期目标。我们相信，本研究结果将为探讨肿瘤转移干预的新靶标与相关癌症的治疗提供新的视角。