ACAP4蛋白介导膜泡运输的结构基础与调节机制

Intracellular membrane trafficking, which always accompanies with cell membrane dynamics and cytoskeleton reorganization, plays a key role in regulating diverse cellular processes, such as intracellular signal transduction, organelle structure formation, cell migration and cell polarity.It also is a complicated process,which is regulated and controlled by many proteins.Our previous research identified a novel ARF6 GAP protein, which contains BAR domain, pleckstrin homology (PH) domain and conserved GAP domain.Our data show that ACAP4 plays a key role in membrane traffick and the actin-based cytoskeletal remodeling.However,our understanding to the regulation and the molecular mechanism of ACAP4 function is very limited.Thus,we propose to combine bio-photonics,biochemistry,cell biology,biophysics and experimental animal model to distect the membrane-sculpting properties of the BAR and PH domain contributes to the regulatory role of ACAP4 in the membrane-cytoskeleton dynamics and membrane trafficking.We also want to find more ACAP4 interacted proteins and demonstrate the signaling pathway,related key molecular network and the role of phosphorylation of ACAP4's special sites.Finally,our proposed study will not only reveal the fundamental molecular mechanism of membrane trafficking but also lay a solid foundation for future clinical research.

膜泡运输是细胞内最基本的生命活动过程之一，它调节和维系着许多重要的生命现象，包括细胞内信号转导、细胞器的形成、细胞迁移和极化形成等，其过程往往伴随着膜的动态性变化和细胞骨架的重排等，并受到多种蛋白的严格监控。ACAP4是由我们鉴定出来的一个新的ARF6激活蛋白，它含有BAR、PH、GAP等多结构域，初步研究结果表明ACAP4可能在膜泡运输、骨架重排、细胞迁移等多个方面具有功能，但其时空动力学特征、分子调控规律、信号转导分子机理及所涉及的生化途径等还有待进一步阐述。我们拟采用先进的生物光子学、细胞生物学、实验动物学等方法和手段，对ACAP4的结构进行精确解析并对ACAP4及其结合蛋白在膜泡运输过程中的功能和磷酸化调控机理进行深入研究,这有助于加深我们对膜泡运输本质和分子调控机制的认识，提高我们对膜泡运输相关疾病发生机制的了解，为解析涉及ACAP4功能异常疾病的纠正提供理论依据及解决方案。

膜泡运输是细胞内最基本的生命活动过程之一，它调节和维系着许多重要的生命现象，包括细胞内信号转导、细胞器的形成、细胞迁移和极化形成等，其过程往往伴随着膜的动态性变化和细胞骨架的重排等，并受到多种蛋白的严格监控。ACAP4 是由我们鉴定出来的一个ARF6 激活蛋白，它含有BAR、PH、GAP 等多结构域，其中BAR结构域是一类能够感知和影响生物膜弯曲的蛋白结构单元，常常充当生物膜调节蛋白功能的中介。为了精确地解析BAR 结构域在ACAP4 蛋白功能调控中作用，我们进行了一系列体内外生化和细胞学实验，探索了生物膜与ACAP4功能的关系。结果显示：ACAP4 的BAR 结构域能以同型二聚体的形式通过分子表面的碱性氨基酸与生物膜结合，并诱导囊泡的融合、成管行为,对ACAP4向内体结构的招募至关重要。在表皮生长因子的刺激下，BAR 结构域中的第34位酪氨酸位点可以发生磷酸化，改变BAR 结构域对脂膜的亲和性。ACAP4 通过BAR和PH 结构域的共同作用，在胞内特定膜成分和曲率的囊泡及质膜上募集，调控局部 Arf6的GTP/GDP 循环。因此，ACAP4 蛋白N 端BAR 结构域不仅与生物膜形态的可塑性有关，而且还能同时协调ACAP4 在细胞膜-骨架的动态性调节，并影响ARF6相关的细胞迁移过程。通过免疫共沉淀、酵母双杂交等实验，我们还发现了ACAP4可以和N-WASP、NPC2、Crk等蛋白相互作用，初步结果显示：ACAP4通过其BAR 结构域能与NPC2蛋白相互作用，调节NPC2 在核旁循环内体的运输；ACAP4与N-WASP相互作用，调控了细胞骨架的重排等等。这些对ACAP4结构与功能的研究有助于加强我们对ACAP4在细胞囊泡运输和细胞迁移等过程中重要作用和分子机制的深入理解