人源硫酯酶超家族成员2（hTHEM2）调节微管功能的机制研究

The activities of microtubules are consequently regulated by the post-translational modifications of tubulins, including palmitoylation that attaches the 16-carbon palmitoyl moiety to cysteine residues via thioester bonds. The palmitoylation of tubulins has been shown to correlate with drug-induced apoptosis, platelet activation and membrane incorporation. However, its regulatory mechanisms, especially how depalmitoylation occurs, remain completely unclear. The structure of human thioesterase superfamily member 2 (hTHEM2) has been resolved, but its physiological function has not been clear in vivo. The former results of our lab showed it was an important factor for cell growth and propagation and colocated with microtubule. We further found that hTHEM2 was a novel microtubule-associated protein (MAP) with acyl protein thioesterase activity, which catalyzed removal of palmitoyl group from tubulin. We found that hTHEM2 interacted physically with tubulin, catalyzed its depalmitoylation both in vivo and in vitro. So in this research project, we will further study the enzyme activity sites and enzymology dynamics parameters of hTHEM2. We will also study the effect of hTHEM2 on microtubule stability as a novel MAP with tubulin palmitoyl thioesterase activity by methods of biochemistry and cell biology.Taken together, our results will elucidate the physiological function of hTHEM2.

微管蛋白的棕榈酰化修饰主要介导高度可溶的微管蛋白与细胞内膜系统的疏水相互作用，并在细胞的许多信号转导途径中发挥重要作用。但到目前为止，还没有发现细胞内微管蛋白的去棕榈酰化酶。人硫酯酶超家族成员2（hTHEM2）的结构已解析，但其在体内具体的生理功能还不清楚 ，实验室的前期实验结果证明，它是细胞生长繁殖的一个重要因子且与微管蛋白在细胞内共定位，体内体外实验进一步证明它与微管蛋白直接相互作用，是一个全新的微管结合蛋白，且具有微管蛋白的去棕榈酰化酶活性。本课题拟从hTHEM2作为一个全新的具有去棕榈酰化酶活性的微管结合蛋白入手，通过生物化学与细胞生物学等方法，体内体外进一步研究其作为微管蛋白的去棕榈酰化酶的作用位点和酶学动力学参数，及其对微管蛋白稳定性等的作用，从而推测其可能的生理机制，以对hTHEM2的功能有更全面深入的了解。

蛋白质的棕榈酰化修饰是指在半胱氨酸（Cystine）的巯基上通过硫酯键加上一个十六碳的脂肪酸链。和其它的脂肪酰修饰不同，蛋白质的棕榈酰化是一个可逆的过程。从而使棕榈酰化修饰能够动态的调节蛋白质活性、稳定性、膜融合及胞内转运、介导蛋白质定位特定亚细胞器、参与调节多种细胞信号通路、介导蛋白质一蛋白质、蛋白质一脂质相互作用。.. 微管是细胞骨架的重要组成部分，承担一系列重要的生物学功能，比如细胞内依赖于微管的囊泡运输以及有丝分裂期纺锤体的形成等等。微管的这些功能很大程度上依赖于其体内翻译后修饰的调节，包括多聚甘氨酰化、多聚谷氨酰化、乙酰化和棕榈酰化等等。研究表明，微管的棕榈酰化修饰与药物诱导的细胞凋亡，血小板的激活以及微管与膜的相互作用有着密切的关系。尽管人们已经发现棕榈酰化对微管功能的重要性，但对这一过程的调控机制仍不清楚。.. 本研究报告在实验室前期工作的基础上，根据hTHEM2在细胞内与微管共定位的实验现象，对hTHEM2的生物学功能进行了深入的研究。我们发现hTHEM2既能直接与微管蛋白（tubulin）相互作用也能够与聚合好的微管(microtubule) 相互作用，体内和体外实验进一步证实hTHEM2能够将棕榈酰化的微管蛋白去棕榈酰化，是一个全新的具有去棕榈酰化酶活的微管结合蛋白。在体外hTHEM2能够促进棕榈酰化的tubulin 形成microtubule，并具有帮助microtubule形成更高级的结构bundle的能力；在细胞内hTHEM2能够维持microtubule 的稳定性， 且这种稳定性与其去棕榈酰化酶活有密切关系； 在个体水平上，hTHEM2在斑马鱼中的同源蛋白fTHEM2在结构和功能上与其非常相似，研究表明fTHEM2在斑马鱼的早期胚胎发育中发挥重要作用。