Fidgetin蛋白对纤毛生成的影响及其分子机理研究

Fidgetin gene is the gene mutated in fidget mice that display phenotypes including reduced or absent semicircular canals,small eyes and polydactyly. However, the mechanism for causing these developmental phenotypes by fidgetin mutation remains elusive. Fidgetin is an AAA (ATPase activities associated with diverse cellular activities) protein, and is grouped to the subfamily that includes spastin and katanin, two microtubule-severing enzymes. Therefore, fidgetin has probably microtubule-severing activity. Given the phenotypes of fidgetin mutation that are similar to the phenotypes of ciliopathy diseases, the centrosome localization of endogenous fidgetin protein, and its microtubule-related biochemical activity, it is highly likely that fidgetin functions via involving in the ciliogenesis process. This proposal was recently supported by the results of our preliminary experiments. Therefore, this project will be focused on the functional role and molecular mechanism of fidgetin on ciliogenesis. The cellular function and localization mechanism of fidgetin, as well as its biochemical activity and microtubule-severing mechanism, will be extensively explored. These studies together will reveal the biological function and mechanism of fidgetin protein. This research project will certainly improve our understandings not only on the structures and functions of AAA proteins,but also on the important ciliogenesis process.

Fidgetin的突变会导致小鼠发育过程的异常，造成内耳半规管缺失、小眼、多趾等表型，但具体的原因和机制不明。Fidgetin是一个AAA蛋白，与能够切割微管的spastin和katanin同属一个亚家族，可能也具有微管切割活性。因为fidgetin突变造成的表型与纤毛类疾病的表型很相似，再考虑到fidgetin蛋白在细胞内的中心体定位，以及其切割微管的生化活性，所以推测fidgetin可能是通过参与纤毛的生成过程来发挥其生物学功能的。这也得到了前期实验结果的支持。本项目将围绕fidgetin蛋白对纤毛发生的影响及其分子机制这个科学问题，结合对fidgetin细胞学功能和定位机制的研究，与对fidgetin蛋白的生化活性和微管切割机制的研究，以期更加全面地理解fidgetin蛋白的功能。这不仅会促进对AAA蛋白结构与功能的认识，还将促进对纤毛发生这个重要生物学过程的了解。

Fidgetin的突变会导致小鼠发育过程的异常，造成内耳半规管缺失、小眼、多趾等表型，但具体的原因和机制不明。Fidgetin是一个AAA蛋白，与能够切割微管的spastin和katanin同属一个亚家族，可能也具有微管切割活性。本项目首先针对fidgetin蛋白在纤毛发生过程中的功能，进行了细胞内过表达、内源蛋白定位、基因表达抑制等研究，发现fidgetin的同源蛋白fidgetin like-1选择性定位于母中心粒的外周，对纤毛发生起着负调控作用。然后，我们发现过表达fidgetin like-1蛋白的细胞中微管细胞骨架也被显著破坏，说明fidgetin like-1很有可能是通过影响微管的结构来负调控纤毛发生的过程。这些结果丰富了对AAA蛋白生理功能的认识，也加深了我们对纤毛发生过程的了解。..在纤毛发生过程中还需要一类具有微管解聚功能的驱动蛋白13亚家族成员的调控。针对这类驱动蛋白的分子机理，本项目以人源Kif2C蛋白为研究对象，通过研究其ATP水解失活突变体的活性和性质，阐明了ATP水解活性与微管解聚活性之间的偶联，发现Kif2C中ATP结合所导致的构象变化是Kif2C能把微管蛋白从微管末端解聚下来的关键作用力。接下来，我们又通过解析Kif2C与微管蛋白复合物的晶体结构，进一步阐明了ATP结合所导致的Kif2C构象变化，以及Kif2C与微管蛋白之间的多位点结合方式。这种多位点结合稳定了tubulin分子的弯曲构象，可能是Kif2C能把最末端的tubulin分子从微管上解离下来的主要结构基础。这一研究结果不仅促进了对Kif2C微管解聚机制的认识，还对理解不同驱动蛋白成员之间生物活性和工作机制的差异具有重要价值。