纤毛解聚的分子机理

纤毛或鞭毛是以细胞微管为主而形成的突出于细胞表面的细胞结构，它起着细胞运动和感应器官的作用。近年来的研究表明，它可感应细胞周围的环境,从而调控动物的发育和调节各组织器官的正常生理功能。纤毛在形成、维系、或功能上的缺陷会导致多种纤毛相关疾病，包括肾脏疾病，呼吸道疾病、内脏翻转及肥胖症等。纤毛解聚活性是纤毛形成和维系的重要调控因素，同时也参与了细胞周期与细胞分化。我们利用模式生物衣藻的鞭毛作为模型研究纤毛解聚的分子机理。我们先前的工作表明蛋白激酶CALK是纤毛解聚的一个中心调控因子，近期的研究结果表明马达蛋白MCAK参与了纤毛中细胞微管的解聚，我们将围绕这两个蛋白质开展进一步的研究，阐明纤毛解聚的分子机理。我们的研究将有助于从分子机理上增强对纤毛相关疾病的认识，并为纤毛相关疾病的诊断、预防和治疗提供理论基础。

本项目主要是研究纤毛解聚的分子机理。我们主要围绕蛋白质激酶CALK和微管解聚马达Crkinesin13在鞭毛的组装和解聚过程，以及鞭毛长度中的作用机制。 在CALK的研究过程中，我们发现CALK的解聚活性参与了鞭毛长度的调控，CALK的C端结构域的磷酸化同鞭毛的长度密切相关，在没有鞭毛或鞭毛较短的细胞中，CALK C端都是磷酸化的，在鞭毛再生过程中，C端的磷酸化逐渐降低；而在鞭毛长度的突变体中，CALK C端的磷酸化异常。该文章发表在细胞子刊<<Current Biology>> (2011)。我们进而分析了CALK磷酸化活性调控位点的磷酸化情况，该磷酸化位点的磷酸化和激酶的活性成正相关。我们发现该位点的磷酸化与C-d端的磷酸化不同，它与鞭毛的长度成负相关，即在短鞭毛的细胞中，CALK的活性位点的磷酸化降低，在鞭毛再生过程中，该位点磷酸化升高。我们认为鞭毛长度是通过CALK活性增加而导致解聚活性的增强，从而与组装活性达到平衡，从而调控了鞭毛的长度。该工作的论文已基本写完，欲进行投稿。.有关Crkinesin13的研究，首先我们通过生化的方法发现一个磷酸化蛋白，同时参与了鞭毛的组装和解聚，经过蛋白纯化签定，它是一个解聚微管的马达蛋白Kinesin13 的同源蛋白。诱导鞭毛脱落导致Crkinesin13的磷酸化，在鞭毛组装过程中，Crkinesin13逐渐去磷酸化，RNAi实验表明，它参与了鞭毛的组装。在鞭毛解聚过程中，Crkinesin13大量运输到鞭毛中参与了鞭毛的解聚过程，并且它的鞭毛运输和“鞭毛内运输”机制有关。该工作发表在美国科学院院刊PNAS(2009)上。我们进而研究了Crkinesin13参与鞭毛组装的机制，我们发现鞭毛组装时，细胞质微管发生解聚，提供微管蛋白参与鞭毛的组装。我们签定了Crkinesin13的磷酸化位点，发现Crkinesin13的磷酸化具有抑制微管解聚的功能，但同时，它调控了Crkinesin13定位到微管上。该工作已提交给Journal of Cell Science,初审意见是增加一些讨论，不需要额外的实验，可以接受发表。.我们同时还进行了鞭毛解聚过程中鞭毛的比较蛋白组的工作，发表在Journal of proteome research (2011).此外，我们还围绕鞭毛进行了其他工作。目前已经发表的SCI文章7篇包括PNAS