微管剪切蛋白Katanin60的功能解析

Katanin是ATP酶超家族的一员。它是由具有催化ATP水解活性及微管剪切功能的Katanin60亚基及可使其定位于中心体区域的Katanin80亚基组成。Katanin60在进化上高度保守。体外培养细胞研究显示Katanin可剪切微管使之形成短的片段，并在神经轴突发育中起重要作用。目前，除线虫外尚未见到其它模式动物用于研究katanin60的功能。我们初步研究结果显示敲减果蝇katanin60的表达可以造成细胞核周围微管密度增加，同时表现明显的突触发育的异常，表明其在神经突触发育中起着重要的作用。本计划拟通过生物化学，细胞生物学，电生理学，遗传学，活体成像技术和电子显微镜术等多学科的研究方法，解析katanin60在微管网络调控和在神经系统特别是神经突触发育中的功能。该研究不但能促进我们对katanin体内功能的认识，而且还能加深我们对微管调控突触发育机制的理解。

微管在多种的生物过程包括细胞分裂，细胞的生长和活力，细胞内运输，及维持细胞的形状等起重要功能。微管异常与神经发育和神经退行性疾病如遗传性痉挛性截瘫密切相关。在微管调控蛋白中，katanin是第一个发现微管剪切蛋白，但其在神经系统的功能尚未在多细胞生物的体内进行研究。katanin蛋白由两个亚基组成；催化亚基katanin 60包含一个AAA功能域（参与各种细胞活动的ATP酶）可以水解ATP断裂微管纤维，而katanin 80是一个定位和调节亚基。为了解析其在体内的功能，我们构建了katanin突变体果蝇和可以组织特异性高表达katanin 60的转基因果蝇。Katanin 60的无功能突变体在蛹期致死，表明它是发育必不可少基因。Katanin 60的突变体的神经肌肉接头（neuromuscular junction，NMJ）显示多余的卫星扣结（bouton），神经传递的明显下降，电镜结果显示在神经肌肉接头内有大量的大囊泡。外周感觉神经元的树突（dendrity），katanin 60突变可以增加树突的分枝，而katanin 60的过度表达导致则导致相反地的结果。通过与组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase 6，HDAC6）遗传相互作用的分析表明，在神经系统和和非神经系统中， HDAC6突变导致微管乙酰化水平升高可以增加其对Katanin敏感性，反之高表达HDAc6可以减缓katanin对微管的破坏。综上所述，我们的结果第一次阐明了katanin 60是神经肌肉突触和树突的正常发展所必需的。该研究已撰写成文提交到Development并已被接受。本研究达到课题申请时所提目标。