Polo-like kinase激酶在中心体成熟和纺锤体装配中的作用

细胞周期过程由多种激酶调控，其中包括Polo-like激酶家族，而Plk1是研究最早和最广泛的成员。Plk1可以促进中心体在G2/M过渡过程中的成熟，中心体的分离，调控CDK1激酶的活化以及纺锤体装配。本研究利用GST-Pull Down结合蛋白质质谱分析实验方法，初步发现Plk1在中心体上两种新的结合蛋白PCM1和NEDD1以及其他多种蛋白；进一步研究中，将利用生物化学、分子生物学以及细胞生物学等方法，研究Plk1和PCM1以及NEDD1相互结合的分子机制以及在细胞周期中发挥的功能，并利用成体实验体系如斑马鱼，爪蟾或者线虫等实验体系，研究Plk1及其相互结合蛋白PCM1和NEDD1在生物体发育中的功能。

本课题的研究目标为深入探讨Plk1在中心体成熟和纺锤体装配中的作用机制。本课题的前期工作，通过GST-Pull Down实验和质谱分析，获得了若干与Plk1相互作用的蛋白，并对其中的两种Plk1相互结合蛋白NEDD1和PCM1进行了深入细致地研究。先前的报道证实，NEDD1是一种中心体蛋白。我们的工作显示，Nedd1 是 Plk1 的结合蛋白，二者共定位于间期细胞的中心体上；在细胞分裂期，Nedd1 和 Plk1共定位于纺锤体上；Plk1通过其PBD结构域特异地与磷酸化的Nedd1相结合；而Plk1与Nedd1的结合首先需要Cdk1激酶作为前导激酶，将Nedd1的550位苏氨酸磷酸化；然后，Plk1对Nedd1四个位点T382、S397、S637和S426进行进一步的磷酸化；Cdk1和Plk1对Nedd1的顺序磷酸化作用能够促使Nedd1与γ-tubulin 的结合，调控γTuRC在中心体上的募集以及纺锤体装配。由于该部分工作进展快速，在本课题经费下拨之前，已提前发表（Zhang, X. et al，2009. J Cell Sci 122: 2240-2251. 也因而没有该项目的基金号标注）。. 我们同时对Plk1和PCM1调控中心体成熟和纺锤体装配的机制进行了深入研究。初级纤毛是间期细胞中由母中心粒发出的指状结构，内含有序排列的微管束。在细胞分裂之前，初级纤毛的去组装是中心体成熟和纺锤体装配的关键步骤。我们的工作发现，Plk1激酶活性是中心体成熟和细胞进入分裂期前初级纤毛去组装所必需的；Plk1通过激活去乙酰化酶HDAC6促进初级纤毛去组装；PCM1招募Plk1到中心体外周基质促进中心体成熟；Plk1与PCM1的结合依赖于前导激酶CDK1的磷酸化；PCM1 T703受到CDK1的磷酸化；Plk1在中心体外周基质的募集依赖于PCM1的完整性。总之，中心体外周基质蛋白PCM1招募 Plk1到中心体上，Plk1进一步活化HDAC6，调控初级纤毛的去组装，促使中心体成熟和进一步的纺锤体装配。然后，我们对纺锤体装配的机理进行了研究。以往的工作显示，TACC是一类跟肿瘤相关的蛋白家族，它微管和中心体结合，并在有丝分裂期参与中心体活性调节和微管组装。我们发现，网格蛋白clathrin通过招募磷酸化的TACC3调控纺锤体组装和染色体列队。总之，本课题具有重要的生物学意义。