细胞命运可塑性受生物大分子凝聚态调控

  EB1蛋白相分离特征影响细胞分裂命运抉择机制被阐明

  细胞命运可塑性受生物大分子凝聚态调控

  ◎本报记者 吴长锋

  细胞分裂是指活细胞增殖及其数量由一个细胞分裂为两个细胞的过程，分裂前的原始细胞是母细胞，分裂后形成的新细胞是子细胞。对于单细胞生物来说，细胞分裂代表着其个体的繁殖。而对于包括哺乳动物在内的多细胞生物来说，细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。长期以来，对于细胞分裂的研究受到了学者们的广泛关注。

  近日，中国科学技术大学细胞动力学教育部重点实验室姚雪彪、刘行联合团队的研究阐明了EB1蛋白相分离特征调控纺锤体动力学与细胞分裂命运抉择的物理、化学机制，向解析生物大分子凝聚态调控细胞命运可塑性理论研究迈出了重要一步。研究成果发表于国际学术期刊《自然·细胞生物学》。

  解析细胞分裂的微管动力学机制

  细胞是生物体基本的结构和功能单位，也是生命活动的最小功能单元。细胞的形状多种多样，主要由细胞核与细胞质构成，表面有细胞膜。以蛋白质、核酸、多糖等为代表的生物大分子通过构筑形态与功能各异的区室，精准催化生物化学反应，调控细胞的稳态与增殖质量。细胞骨架即真核细胞中的蛋白纤维网络结构，是细胞区室化的物质基础。细胞时刻都面临保持现有的身份和状态，还是转变成另一种身份和状态的抉择。这种身份和状态的维持或变化受到细胞内外各种因素的调节。各种细胞内外因素的相互作用使得细胞的命运具有可变和转换的特征，这也就是细胞命运的可塑性。

  此前，国外学者在解析家族性直肠癌基因APC突变体功能易感性时，发现了直肠癌基因APC的重要调控蛋白EB1。然而，由于人类基因组约有1000种含SxIP基序蛋白，EB1是如何招募众多的APC类蛋白与动态变化的β-微管蛋白结合，一直是细胞生物学、生物物理学与分子病理学领域尚未得到解答的问题。

  中国科学技术大学细胞动力学研究团队在解析细胞分裂微管动力学机制时，于2009年发现并克隆了一个新颖的EB1结合蛋白TIP150。EB1结合蛋白TIP150含有典型EB1结合蛋白基序SxIP，负责招募微管解聚酶MCAK，在动态组装微管的正末端形成催化区室。在此基础上，中国科学技术大学细胞动力学研究团队在2012年采用单分子技术TIRFM与FRET，解析了EB1与TIP150的动态作用机制与化学基础。

  揭示相分离特征与凝聚态的物质基础

  在上述研究的基础上，姚雪彪、刘行联合团队在此次研究中利用活细胞光敏定位超高分辨显微成像与荧光蛋白互补策略，探明了柔性区域碱性氨基酸在EB1二聚化与调控微管动态性的功能。姚雪彪、刘行联合团队利用多色单分子分析、非天然氨基酸嵌入与三维类器官多维度成像等方法，揭示了EB1第66位赖氨酸动态巴豆酰化修饰与微管结合的动态调控机制，及其对细胞分裂纺锤体定向稳定性维系的作用机制。

  此次研究中，姚雪彪、刘行联合团队发现了EB1蛋白在活细胞动态微管追踪过程的液滴表征，结合超高分辨成像技术，揭示了EB1蛋白的相分离特征与凝聚态的物质基础，并解析了相分离驱动EB1蛋白的微管正端追踪功能。

  此次研究阐明了EB1蛋白相分离特征调控纺锤体动力学与细胞分裂命运抉择的物理、化学机制，对于解析生物大分子凝聚态调控细胞命运可塑性理论具有较为重要的意义，或将助力相关领域的研究进一步深入。