MICAL介导的V型肌球蛋白在细胞分裂中的功能及分子机制研究

Cell division is the fundamental process in life growth, development, reproduction and evolution. A number of cancers and genetic diseases are caused by cell division failure. Myosin V is an essential motor walking along with actin filament to transport cargos, such as organelles, mRNA, vesicles and melanosomes, and thus participates in cell adhesion, endocytosis, exocytosis, neurotransmission, synapse formation and other important life processes. Myosin V also was reported probably to play a role in cell division, however, its functional mechanism is still unclear. .In this project, MICAL family, which are defined as regulator proteins of actin filament and functional in cell division, are firstly identified as a cell division-related effectors of Myosin V using GST-pull down coupled with mass spectrometry. So we plan to confirm the interaction in vitro and in vivo and then determine the Myosin V-MICAL complex structure. Based on the structure, we will further investigate the role of this interaction in membrane fusion, vesicle transport and actin filament dynamic during cell division. Finally, combined the biochemical data, complex structure with cell experiment results, this project will uncover the function and molecular mechanism of Myosin V mediated by MICAL in cell division and provide supports on the treatments of related diseases.

细胞分裂是生物生长、发育、繁殖和进化的基础，其调节紊乱会导致癌症、先天性遗传病发生。Myosin V是一类沿微丝转运货物的分子马达，主要负责多种细胞器、mRNA、囊泡、色素颗粒等的运输，参与细胞黏附、内吞、胞吐、神经递质传递、突触形成等重要的生命过程。Myosin V也被观察到在细胞分裂中扮演重要角色，但目前具体功能和分子机制未知。.本项目利用生化和质谱技术，首次成功鉴定Myosin V在细胞分裂中的效应分子MICAL（微丝调节蛋白，在细胞分裂中发挥关键作用）。计划采用结构生物学手段，解析Myosin V-MICAL复合物的结构，并结合体内外生化和细胞实验揭示二者相互作用的分子机制；以结构为基础，调查二者对细胞分裂中膜融合、囊泡运输和微丝骨架的影响，确定其具体作用；最终揭示在MICAL介导下，Myosin V在细胞分裂中的功能及分子机理，为相关疾病的预防、治疗及药物设计提供宝贵的数据支持。

依赖于分子马达蛋白的细胞内物质运输是细胞各种生命进程的物质基础，它保证各类货物能够适时适地的被运送到功能区域，发挥生物活性。Myosin Va是一类行走在F-actin细胞骨架上的分子马达，是近年来研究胞内物质转运的明星分子。但是，依赖Myosin Va的货物转运中的装卸载分子机理一直没有得到有效阐述。在本项目中，我们首次鉴定了一种全新的Myosin Va直接相互作用蛋白-MICAL1，它是一类重要的F-actin解聚的调控因子，近年来备受关注。我们发现，通过和MICAL1相互作用，Myosin Va将会被富集在细胞分裂末期的midbody区域，并且依赖于Myosin Va转运的囊泡将会在此卸载并富集起来，该过程对细胞分裂末期的胞质分离过程尤为重要。有意思的是，通过复合物结构解析，我们发现MICAL1在Myosin Va上的相互作用区域和Spires在Myosin Va上的结合区域高度重合，二者与Myosin Va的结合存在相互竞争的关系。更有意思的是，Spires是一类F-actin聚合的调控因子，与MICAL1的功能恰恰相反。二者在细胞内的竞争提示，对Myosin Va转运轨道F-actin的动态调控，很有可能控制其货物运输的装载与卸载。随后的活性突变实验也证实，丧失活性的MICAL1将不能控制Myosin Va及其货物在midbody的卸载及富集，严重影响细胞分裂。总的来说，我们在本项目中不仅发现了一种全新的Myosin Va的结合蛋白MICAL1，同时揭示细胞骨架轨道动态变化在胞内物质运输过程中的重要作用，对细胞内物质运输的分子机理理解提供了全新的思路。