调控动纤毛形成与功能的分子机制研究

在前期工作中，我们克隆了斑马鱼的Foxj1a基因，并发现Foxj1a可以直接调控编码纤毛组份的基因的转录。在斑马鱼的胚胎发育中，我们证明了Foxj1a的异位表达能使斑马鱼的肌肉细胞等原本不形成动纤毛的细胞分化出动纤毛。这些新形成的动纤毛具有体现动纤毛特征的超微结构并具备运动能力。为了更进一步了解Foxj1a 基因如何通过其下游靶基因来调控动纤毛的形成与运动，我们构建了一个可诱导表达Foxj1a的稳定的转基因斑马鱼品系，并利用基因微阵列（Microarray）的技术筛选到Foxj1a的一系列下游靶基因。在这些靶基因中，除了已知的与纤毛的形成与运动有关的基因外，还包括了一些功能尚不明确的基因。我们拟在本项目中利用斑马鱼为模式动物，深入研究这些基因与纤毛的形成与运动的关系及其调控方式，从而进一步揭示调控动纤毛运动的分子机制。这些研究成果将为"动纤毛相关疾病"的诊断和治疗提供理论依据。

本项目在考察与动纤毛的发育及运动相关的一系列基因的功能中，发现受到动纤毛转录因子调控的Nek2蛋白，是一个定位于中心粒（纤毛形成的基体）的近端的中心体结合蛋白。Nek2 在细胞周期中能够促进中心体的分离，并形成纺锤体，促进有丝分裂的进行。在进一步探索Nek2蛋白的功能时，研究小组发现Nek2 和 中心体结合蛋白Cep85相互作用；当Nek2 通过磷酸化中心体的连接蛋白 Rootletin 和 C-Nap-1 来促进中心体分离时， 中心体结合蛋白Cep85可以通过与Nek2 相互作用，并抑制Nek2 磷酸化中心体链接蛋白的活性，并使得细胞被抑制在分裂的前中期。另外i，在利用模式生物斑马鱼进行Nek2 的功能研究时，研究小组发现虽然 Nek2的转录水平受到动纤毛转录因子的调控，但是Nek2并未精确地定位于斑马鱼形成动纤毛细胞或组织中。这个结果表明，与细胞周期调控相关的蛋白的功能，也能间接地影响纤毛的形成。