近日，中國科學(xué)院生物物理研究所研究員蔡華清課題組在《細(xì)胞生物學(xué)雜志》（Journal of Cell Biology）上發(fā)表題為GxcM-Fbp17/RacC-WASP signaling regulates polarized cortex assembly in migrating cells via Arp2/3的研究論文，該論文描繪了運(yùn)動(dòng)細(xì)胞后端皮層微絲網(wǎng)絡(luò)組裝的信號(hào)通路，并揭示了Arp2/3介導(dǎo)的分枝狀微絲在細(xì)胞中的新功能。 

　　細(xì)胞皮層（cell cortex）是位于質(zhì)膜下方的骨架網(wǎng)絡(luò)，由微絲骨架、肌球蛋白及多種調(diào)控蛋白組成。皮層提供剛性以維持細(xì)胞形態(tài)，賦予細(xì)胞抵御外界機(jī)械力作用的能力，同時(shí)具有高度可塑性，賦予細(xì)胞改變自身形態(tài)的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多種生物學(xué)功能。細(xì)胞中的微絲骨架包括成核因子Arp2/3復(fù)合體介導(dǎo)形成的分枝狀微絲和依賴于Formin家族蛋白的束狀微絲，二者均被報(bào)道參與細(xì)胞皮層的構(gòu)建。然而，調(diào)控這些微絲在皮層組裝的上游信號(hào)尚不明確。此外，在高度極化的細(xì)胞例如快速遷移的細(xì)胞中，皮層微絲網(wǎng)絡(luò)如何實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞前后端的不對(duì)稱分布并執(zhí)行不同的調(diào)控功能，也是尚未被解決的關(guān)鍵問題。

　　研究團(tuán)隊(duì)前期以盤基網(wǎng)柄菌（Dictyostelium discoideum）細(xì)胞為模型，系統(tǒng)篩選在細(xì)胞中極性定位的PH結(jié)構(gòu)域蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含有經(jīng)典RhoGEF結(jié)構(gòu)域（DH-PH結(jié)構(gòu)域）的蛋白GxcM特異定位于定向遷移細(xì)胞的后端。過表達(dá)GxcM在細(xì)胞后端誘導(dǎo)大量微絲結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，且該結(jié)構(gòu)可被Arp2/3復(fù)合物標(biāo)記，提示GxcM具備在細(xì)胞后端促進(jìn)分枝狀微絲組裝的能力。

　　通過構(gòu)建一系列截短體和突變體，研究人員證明GxcM的功能執(zhí)行依賴其C端富含脯氨酸的基序及其GEF活性。一方面，免疫共沉淀、質(zhì)譜分析和顯微成像實(shí)驗(yàn)顯示，GxcM通過C端結(jié)合并招募F-BAR蛋白Fbp17。在fbp17敲除細(xì)胞中，GxcM仍然定位在細(xì)胞后端，卻失去了促進(jìn)微絲組裝的能力，導(dǎo)致皮層微絲含量降低，細(xì)胞抵御外界機(jī)械力能力顯著下降，且伴隨細(xì)胞分裂和遷移的缺陷。生化和體外微絲聚合實(shí)驗(yàn)證明，F(xiàn)bp17通過其SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合并激活微絲促成核因子WASP，進(jìn)而激活A(yù)rp2/3復(fù)合體，介導(dǎo)分枝狀微絲組裝。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)GxcM還通過調(diào)節(jié)小G蛋白R(shí)acC的活性調(diào)控細(xì)胞后端微絲網(wǎng)絡(luò)的組裝。酵母雙雜交和生化實(shí)驗(yàn)顯示，活化形式的RacC結(jié)合Fbp17和WASP。在細(xì)胞中誘導(dǎo)表達(dá)持續(xù)活化形式的RacC，能夠產(chǎn)生與GxcM過表達(dá)類似的效應(yīng)，且該效應(yīng)依賴Fbp17和WASP。敲除racC則引起與敲除fbp17類似的表型，不僅抑制GxcM的過表達(dá)效應(yīng)，還引起皮層完整性和細(xì)胞功能的缺陷。

　　該研究描繪了促皮層微絲組裝的新信號(hào)通路，由GxcM、RacC、Fbp17和WASP構(gòu)成的信號(hào)通路在細(xì)胞后端激活A(yù)rp2/3復(fù)合體，促進(jìn)分枝狀微絲網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。研究拓展了對(duì)Arp2/3介導(dǎo)的分枝狀微絲功能的認(rèn)識(shí)。除了在運(yùn)動(dòng)細(xì)胞前端參與偽足形成這一被廣泛研究的功能，該研究發(fā)現(xiàn)分枝狀微絲在細(xì)胞后端參與皮層組裝，維持皮層完整性，進(jìn)而保證細(xì)胞遷移、分裂及胞飲功能正常進(jìn)行的新功能。結(jié)合團(tuán)隊(duì)之前的研究，這些工作解析了不同信號(hào)通路調(diào)控下分枝狀微絲網(wǎng)絡(luò)差異化作用的分子機(jī)制，為深入理解細(xì)胞極性和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的建成機(jī)制奠定了重要基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科學(xué)技術(shù)部和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

　　論文鏈接 

圖1 GxcM定位在遷移細(xì)胞后端，促進(jìn)Arp2/3復(fù)合體介導(dǎo)的分枝狀微絲的組裝。 

圖2 GxcM、RacC、Fbp17和WASP構(gòu)成的信號(hào)通路在細(xì)胞后端通過激活A(yù)rp2/3復(fù)合體，調(diào)控皮層分枝狀微絲網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，維持皮層結(jié)構(gòu)完整性。