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细胞生物学精选（胞质分裂）0 e# }( e F3 w; V
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Robert P. Kruger
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Cell 133, 935 – 937, June 13, 20081 ^; P( N% T, ]7 I
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本期细胞生物学精选讨论有关胞质分裂分子机制的新研究。两篇最近的文章表明细菌细胞分裂蛋白的复杂反应可在体外的简单系统中重建。最近在果蝇中的研究检测了在发育过程中，内吞对稳定膜分裂沟所起的作用，而在哺乳动物中的研究则加深了我们对Aurora B活化以及对在细胞分裂后期细胞内磷酸化梯度形成的理解。
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Min蛋白制造波纹
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Min蛋白在分裂的细胞两极之间游走，它的反应划定大肠杆菌细胞分裂位点的边界。Loose等的新研究揭示了两种这类空间调节因子(MinD和MinE)可在体外展示明显的自我组织性质。MinD是ATPase，在与ATP结合时与脂膜相互作用。MinE与MinD的结合可刺激核苷酸水解，导致这两种蛋白从膜上解离，这对它们在游走期间在细胞两极之间的扩散非常重要。这个系统的第三个组分是MinC，它规定MinD的移动轨道，帮助阻止细胞分裂蛋白FtsZ在细胞两极的错误组装。在这项研究中，在一个模拟细胞膜的平面脂双层（由Loose等人开发的新型体外系统）中，探讨了MinD和MinE的动力学。值得注意的是，在该体外系统中将MinE加入到均匀分布的与膜结合的MinD层上时，可导致MinD和MinE蛋白平面波纹（周期性空间条带）的形成。波纹的形成需要ATP水解。波纹可持续数小时，其波动速度受MinE浓度的影响。在该系统中的发现符合许多以前在体内的研究结果，包括在MinD波纹延伸边缘的MinE浓度峰。这些结果表明Min系统的许多复杂时空动力学可以在简单的体外系统中通过少数几种组分进行再现。
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% `9 g9 _1 k2 W8 M; qM. Loose et al. (2008). Science 320, 789 – 792
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) v8 f/ u# c7 l1 P- r0 sFtsZ：你也具有的力. q3 G& R0 e. |
. O. b: p# m0 a" n* ? \' R 在细菌和古细菌的细胞分裂中，微管蛋白的同源物FtsZ和其他细胞分裂蛋白形成的蛋白丝，在使细胞压缩分裂成两个子细胞的细胞中部，形成Z环。Osawa等通过检测FtsZ在脂质体中的行为，提供了在体外与膜结合的FtsZ可以自己组装成Z环以及这类重建的Z环可以产生不同于其他细胞分裂因子的膜压缩力的证据。先前的研究工作表明，FtsZ与膜的结合需要有FtsZ与另一个细胞分裂蛋白FtsA之间的相互作用。Osawa等用一个两亲性螺旋和一个黄色荧光蛋白尾置换FtsZ与FtsA相互作用的区域。修饰后的FtsZ（称为FtsZ-mts）很容易被观察到，并可在缺少FtsA的情况下定位在膜上。Osawa等在一株生长于高温时可抑制内源FtsZ的大肠杆菌中表达FtsZ-mts，发现它可形成Z环结构，这说明只是在FtsZ与膜结合时需要FtsA，而Z环的组装则没有这种需要。他们进一步将FtsZ-mts与偶尔能形成管状结构的脂质体混合，发现该蛋白质能在体外自发组装成Z环。重要的是，这些重建的Z环可压缩膜，表明FtsZ有不同于其他Z环组分的产生压缩力的能力。Osawa等认为，产生压缩力的可能性之一是FtsZ丝以依赖于GTP或GDP的方式进行构象改变，从直线状转换成曲线状。尽管在这种体外系统中产生的压缩力对完成膜分裂是不充分的，但进一步的研究会找出是否其他的细胞分裂因子也参与压缩力的形成。这些研究结果可以是最终用少量限定的组分在体外创造一个重建膜分裂的系统的重要一步。$ o* D! y& e/ ^1 {
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M. Osawa et al. (2008) Science 320, 792 – 794
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在Nullo出现的地方有膜分裂沟
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/ s; g. o8 k( w a2 m 在果蝇的早期发育阶段，胚胎是细胞核之间没有膜的合胞体。在13个有丝分裂循环之后，在一个称为细胞化的过程中，在细胞核之间形成稳定的膜。在这个阶段之前，随着膜分裂沟的形成，开始胞质分裂过程，但膜分裂沟最终退化。Sokac和Wieschaus最近展示了在果蝇细胞化的过程中，胞吞的控制对膜分裂的稳定性非常重要。在他们先前的工作中，发现细胞化与合子中的基因表达启动有关联。最近他们又发现合子基因产物Nullo可通过增加在膜分裂沟顶部的皮层丝状肌动蛋白，切断胞吞囊泡。在缺少Nullo时，由于胞吞囊泡的切断受到阻碍，膜管保持与质膜的连接，这导致包括Septin和支架蛋白DPATJ等来自膜分裂沟的特定结构因子的缺失，造成膜分裂沟的不稳定性和退化。这项发现印证了在其他种属中有关胞吞蛋白存在于胞质分裂沟中的报道。胞吞和F-肌动蛋白的动态相互作用可能会调节胞质分裂和形态发生，进一步的研究工作将探索这方面的发育过程。1 o9 ^2 H" y8 g4 u6 [" B) }# w
5 S6 u0 J- t6 [2 w0 ]& {* pA.M. Sokac and E. Wieschaus. (2008) Dev. Cell 14, 775 – 786( f4 m3 K# u8 U6 k/ g
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Aurora B制造梯度
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1 b$ K0 W- n" K& S9 R% ^+ V 蛋白激酶Aurora B与中部微管结合，其活性对染色体分离和胞质分裂非常重要。Fuller等提供的证据表明，Aurora B的活性可建立一个细胞内磷酸化梯度，该梯度可为细胞提供有关有丝分裂进程的重要空间信息。Fuller等开发了基于FRET(荧光共振能转移)的传感器，追踪在Hela活细胞的分裂后期中Aurora B底物的磷酸化。他们观察到在多种Aurora B底物的磷酸化中存在空间梯度。这些底物包括用组蛋白H2B和CENP-B作为标靶结构域构建的探测染色质和中心粒的传感器。该磷酸化梯度取决于Aurora B在中部微管的位置，改变Aurora B的位置可破坏磷酸化梯度。这些传感器的磷酸化在整个细胞分裂后期中随着距将要形成的分裂平面的距离的增加而降低，但磷酸化梯度不随时间变化。为了提供磷酸化梯度控制胞质分裂切割沟位置的证据，Fuller等检测了通过药物处理使有丝分裂纺锤体成为单极的细胞。尽管在药物处理过的细胞中，磷酸化梯度的形状与有丝分裂纺锤体位置正常的细胞中的磷酸化梯度形状大不相同，但在这两种细胞中都可通过Aurora B活性最高的区域来预测胞质分裂切割沟形成的位点。这项研究提出了这样一个机制：在中部微管中Aurora B的调节可在整个细胞的几微米的距离进行信息交流，协调细胞皮质中的各种活性。下一步的研究需要检测调节Aurora B活性（而不是位置）的蛋白对形成磷酸化梯度的影响。8 i4 q$ F$ z$ ]$ I$ w M
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B.G. Fuller et al. (2008) Nature. Published online May 7, 2008. 10.1038/nature06932
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6 m9 V4 Q _" p( B) e S% NEB1使Aurora B处于高度活性状态- z1 w7 T0 E, L( ^
! F; k0 {! L0 b EB1（末端结合蛋白1）与微管的顶端结合。在有丝分裂过程中，EB1调节微管与细胞皮质和动粒的相互作用。为了寻找EB1的新活性，Sun等使用EB为诱饵，进行了双杂交筛选。以双杂交筛选为起点，Sun等进一步报道了EB1与有丝分裂蛋白激酶Aurora B相互作用，这两种蛋白共同存在于细胞分裂后期的纺锤体中部以及胞质分裂的细胞分裂体中部。尽管Aurora B有许多可在有丝分裂中介导其作用的底物，但EB1显然不是这类底物。相反，Sun等展示了EB1可增强Aurora B的蛋白激酶活性。EB1的超量表达可增加Aurora B对其底物组蛋白H3的活性，而EB1的去除则可减少Aurora B的这种活性。但阻断EB1的正常表达并不能改变Aurora B的位置。Sun等进一步证实EB1对Aurora B活性的影响是因为它能破坏由磷酸酶PP2A引起的Aurora B失活。下一步的研究可以探索EB1阻断PP2A对Aurora B脱磷酸化的机制，并找出EB1是否属于Fuller最近提出的调节Aurora B活性的反馈机制的一部分。% F5 m7 q: {4 s8 K7 e
8 Z' d/ w7 i; i, Z3 H- s& o, ~7 z本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-4-28 21:56
发表于 2015-6-1 18:13
