骨架蛋白质SEPT7在有丝分裂期的功能解析与生化特性研究

摘要

真核生物细胞通过一系列复杂而有序的生化调控途径精确均等地把遗传信息以染色体的形式传递给子代细胞。有丝分裂期染色体的运动是由纺锤体微管和位于染色体着丝粒区域的一个特化的结构一动点之间程序化且动态的相互作用而协调完成的。我们以往的研究证实了有丝分裂驱动蛋白质CENP-E为纺锤体微管和动点连接的一个桥梁并且可以参与调节纺锤体检验点的级联反应。CENP-E是一个定位于动点的纤维冠状层并依赖于微管行走的马达蛋白质，它可以驱使动点与微管的正极端相结合引导染色体向赤道板排列，因此参与了由前中期向后期转换过程中的染色体的运动。为了进一步研究CENP-E调节有丝分裂进程的详尽分子机制，我们着手从CENP-E在有丝分裂期的作用网络出发，通过研究蛋白质作用的分子机制及动力学特征，从而阐明CENP-E功能可塑性及调节机制。本文聚焦在一个新发现的CENP-E作用分子septin 7(简称SEPT7)，通过一系列生物化学及细胞生物学实验，我们的研究首次阐述了CENP-E与SEPT7的作用及其调控机制。 Septin(SEPT)属于一类保守的细胞骨架蛋白质家族，它们具有类似的结构特征，septin在多种生物体内均可以形成异源多聚体的纤维状结构。SEPT纤维在有丝分裂期可以定位到纺锤体上。在我们研究SEPT7与CENP-E作用机制的同时，有研究报导表明SEPT2的敲除会导致染色体的错误排列以及影响CENP-E在动点上的定位。然而，CENP-E是否与SEPT有相互作用以及它们是如何协调染色体的排列与分离的机制目前仍不为所知。我们的研究结果发现了SEPT7对于稳定CENP-E的动点定位是需要的，SEPT7可以通过直接结合CENP-E的羧基端而将其稳定在动点上。我通过酵母共转以及体外结合试验证明了SEPT7是通过其羧基端与CENP-E相互作用的。免疫荧光的结果表明SEPT7沿着有丝分裂纺锤体分布并且可以终止于以CENP-E为标识的动点结构。当我用siRNA抑制SEPT7的表达会发现CENP-E不能够上动点而且会导致染色体排列的异常，这些表型都可以通过进一步外源转染SEPT7的rescue质粒而得到恢复。同时我还发现SEPT的敲除会导致双极定向的染色体之间的张力减弱以及纺锤体检验点的激活，SEPT7可能将CENP-E的动点定位与纺锤体检验点信号的级联反应相联系起来。这些发现揭示了SEPT7-CENP-E之间的相互作用对于稳定CENP-E的动点定位以及协调动点一微管之间的连接都是至关重要的。 为了进一步去研究SEPT7的生物学特性以及它在SEPT2-SEPT6-SEPT7复合物组装过程中的作用，我对人的SEPT7进行了生化以及细胞生物学特性的分析。我发现SEPT7在体内和体外均可以组装形成纤维状的结构，其中包含GTPase的结构域以及氨基端的一小段富含碱性氨基酸序列的缺失突变体一SEPT7 N，对于维持SEPT7的纤维状定位，自身的结合以及与SEPT2和SEPT6的相互作用都是必需的。尽管GTPase的活性对于SEPT7的纤维组装是必不可少的，但它并不影响SEPT2/6/7复合物之间的相互作用。此外，SEPT7在体内还可以征募SEPT2和SEPT6从而形成纤维状结构的复合物。这些发现有助于我们进一步认识SEPT7的结构与功能的关系。综上所述，我们的研究揭示并阐述了SEPT7-CENP-E之间的相互作用对于稳定CENP-E的动点定位以及协调纺锤体微管与动点之间的连接是至关重要的。此外，我们对于SEPT7生化特性的初步分析有助于进一步地研究SEPT纤维的组装及功能。 鉴于SEPT7及CENP-E在有丝分裂进程中的动态性，我们相信利用生物光子学技术与生化分析手段相结合，我们将会阐明septin动力学与可塑性在有丝分裂进程中的详尽功能及其纺锤体动力学的相互关联。由于septin功能的变异在肿瘤发生与发展中的潜在作用，对septin分子可塑性及动力学的解析将为校正细胞分裂的异常提供一个潜在的靶点。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表

声明

第一章文献综述

第一节动点结构与功能的分子解析

一动点的结构概况

二动点的组装

三动点与微管的黏附

四马达蛋白质与染色体的运动

五纺锤体组装检验点(SAC，Spindle-Assembly Checkpoint)

第二节骨架蛋白质septin的研究现状

一Septin的发现

二Septin的结构和组装

三Septin的功能研究

参考文献

第二章材料与方法

第一节实验材料

第二节实验方法

第三章实验结果与讨论

第一部分动点马达蛋白质CENP-E与SEPT7相互作用的生物化学鉴定及其在有丝分裂过程中的功能解析

第一节研究背景

第二节实验结果与讨论

第三节小结与展望

参考文献

第二部分SEPT7的生化特性分析

第一节研究背景

第二节实验结果与讨论

第三节小结与展望

参考文献

致谢

附录在读期间发表的学术论文与取得的研究成果