纺锤体定向的调控机制与功能研究

Proper orientation of the mitotic spindle is critical for the growth and development of multicellular organisms. However, the mechanisms underlying the regulation of spindle orientation remain elusive. In this project, based on our preliminary data, we will use ADCK5 and four other proteins as unique tools to study the regulatory mechanisms of spindle orientation, including the nucleation, growth, dynamics, and stability of astral microtubules, the dynamic localization and behavior of the microtubule-dependent motor protein complex in the cell cortex, and the dynamic localization and activity of centrosomal proteins and microtubule plus end-tracking proteins. In addition, we will generate tissue-specific knockout mice for these five proteins and investigate the physiological functions of spindle orientation by analyzing mouse development and tissue homeostasis. These studies will improve our understanding of the mechanisms that regulate spindle orientation, especially the dynamic structural properties of astral microtubules and the activity and behavior of microtubule-associated proteins during this process. These studies will also help to understand the physiological functions of spindle orientation in animal development and tissue homeostasis, and provide new knowledge for the diagnosis and treatment of human diseases associated with spindle misorientation.

有丝分裂纺锤体的正确定向对于多细胞生物的生长和发育至关重要，但是其调控机制并不清楚。在本项目中，我们将在前期取得的实验数据的基础上，以ADCK5等五个蛋白为独特的研究工具，通过研究纺锤体定向过程中星体微管的成核、生长、动态性、稳定性等结构特性、微管依赖性的马达蛋白复合物在细胞皮层处的动态定位和行为、中心体蛋白与微管正端跟踪蛋白的动态定位和活性等，来深入理解纺锤体定向的调控机制。此外，我们将构建针对ADCK5等蛋白的组织特异性敲除小鼠，通过研究小鼠的个体发育和组织稳态维持等，来深入了解纺锤体定向的生理功能。这些工作的开展能够帮助更好地理解纺锤体定向的调控机制，尤其是星体微管在此过程中的动态结构特性以及相关蛋白的活性与行为，并能帮助了解纺锤体定向在动物发育和组织稳态维持中的生理功能，为相关人类疾病的诊治提供新的理论知识。

有丝分裂纺锤体的正确定向对于多细胞生物的生长和发育至关重要，纺锤体定向的异常与不少人类疾病有密切的关系。但是，纺锤体定向的调控机制与生理功能并不清楚。在本项目中，我们以微管结合蛋白为研究工具，探讨了纺锤体定向过程中星体微管的结构特性，分析了马达蛋白复合物在细胞皮层处的定位和行为，探讨了中心体蛋白与微管正端跟踪蛋白的定位和活性，并利用小鼠模型研究了纺锤体定向的生理功能。我们取得的代表性成果包括：发现ENKD1促进星体微管与细胞皮层之间的相互作用，有利于纺锤体定向和表皮组织发育；发现NuMA通过其相分离属性调节纺锤体极的形成，促进纺锤体的组装和定向；发现IFT88通过调节纺锤体定向，促进细胞分裂方向确立和血管新生；发现CYLD通过调节Cx43沿着微管向细胞膜转运，促进间隙连接组装和心脏成熟；发现纺锤体定向和纤毛形成这两个细胞活动在调控机制上存在密切联系，涉及不少共同的调控蛋白；另外，开发了一种基于多肽的微管探针，十分适合对体外组装的微管进行成像。这些工作促进了对纺锤体定向的调控机制与生理功能的理解，也为理解纺锤体定向异常相关疾病的病因提供了新的理论知识。