拟南芥Ⅱ型Formin-AtFH14参与细胞有丝分裂调节的研究

细胞有丝分裂是多细胞生物体增殖与发育的基础。该过程各个时期的顺利完成都依赖微管与微丝两种细胞骨架的直接参与，并且微管与微丝骨架之间存在着精细的分工与密切的合作，但它们在这些过程中的动态变化又受其各自结合蛋白的调节。植物Formin是近年来发现的微丝结合蛋白，但越来越多的研究报道表明动物细胞的Formin也参与微管骨架的调节。本实验室前期的初探工作结果也显示出拟南芥Ⅱ型Formin－AtFH14除可以结合微丝之外，亦具有与微管结合的能力并可能参与了细胞周期进程的调节。本申请拟利用模式植物悬浮细胞及植株材料，采用细胞生物学、分子生物学以及生物化学等技术手段，重点对本实验室已开展初步研究的拟南芥AtFH14与微管骨架的相互作用机制、与微丝骨架的相互作用机制、在连接细胞内微管骨架与微丝骨架中的可能作用以及进而对植物细胞有丝分裂进程的调控作用。研究结果将会在植物细胞周期调控机理研究领域产生重要影响。

本项目按计划对拟南芥formin同源蛋白AFH14的生化特性及功能进行了研究，结果表明，AFH14是一个植物II型formin蛋白，在烟草悬浮细胞中过表达AFH14时，AFH14能够定位于早前期带、纺锤体和成膜体上，并能导致微丝和微管骨架的共分布，这种作用会影响植物细胞的分裂进程；在拟南芥悬浮细胞中，AFH14定位于微管组织的结构上，这进一步证明了AFH14在有丝分裂器上的特殊定位；在拟南芥有丝分裂的细胞中降低AFH14的表达量会影响微丝和微管骨架之间的相互作用，从而导致有丝分裂器的异常；在拟南芥AFH14的T-DNA缺失突变体中，微管列阵在小孢子母细胞形成的减数分裂进程中呈现异常的分布，以致形成异常的四分体。体外生化实验表明AFH14是一个有效的肌动蛋白成核因子，并能结合在微丝的正端从而抑制微丝正端的聚合和解聚过程；AFH14还能结合在微丝或微管的侧端，并使微丝或微管成束；能够将微丝招募到微管上，招募的微丝能够沿着微管滑动并继续聚合延伸，并以这样的方式形成微丝-微管束或微丝和微管的交联。这表明AFH14作为一个特殊的植物formin能够通过调节微丝和微管骨架的动态以及它们之间的交联，从而在植物细胞的分裂过程中发挥重要的作用。