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张明杰院士最新PNAS文章:揭示肌球蛋白X反向平行卷曲-卷曲二聚体结构及其在神经元发育中的作用

2012-09-12 11:09 张明杰教授 香港科技大学 阅读 0
核心摘要: 香港科技大学的研究团队揭示了肌球蛋白X的反向平行卷曲-卷曲二聚体结构及其在神经元发育中的作用,研究成果发表在PNAS上,具有重要的生物学意义。

来自香港科技大学的研究团队发表了题为“Antiparallel coiled-coil–mediated dimerization of myosin X”的研究文章,揭示了肌球蛋白X的一种全新反向平行卷曲-卷曲二聚体结构。研究人员指出,这种二聚化机制可能促进肌球蛋白X在单个及多束肌动蛋白微丝上的高效运动。该研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

本研究由香港科技大学的张明杰教授领导,他的研究领域包括神经细胞信号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机制。张明杰院士曾取得多项重要成果,对神经系统退行性疾病(如中风和阿尔茨海默病)的治疗具有重要影响,并于2011年当选为中国科学院院士。

肌球蛋白(myosins)是一类在真核细胞内起关键作用的分子马达,参与细胞运动和物质运输。例如,肌球蛋白II在肌肉收缩和细胞分裂中发挥重要作用;肌球蛋白VIIa(MYO7A)负责细胞内运输,其功能对人类听力毛细胞和眼睛发育至关重要;而肌球蛋白X则在发育过程中帮助神经元与其他神经元建立连接。

研究显示,肌动蛋白微丝上的非常规肌球蛋白的进程性运动通常依赖于蛋白二聚体的形成。传统上,肌球蛋白二聚体的形成机制被认为是通过氨基酸残基羧基末端向马达杠杆臂结构域的伸展,形成平行的卷曲-卷曲二聚体。然而,本研究发现肌球蛋白X的卷曲-卷曲区域形成了一个高度稳定的反向平行卷曲-卷曲二聚体(anti-CC)。通过单点突变或用相似长度的平行卷曲螺旋替换anti-CC,可以破坏该结构。

进一步的实验表明,anti-CC及肌球蛋白X的单个α螺旋结构域通过一个半刚性螺旋连接器连接。这些结果提示,anti-CC介导的二聚化可能帮助肌球蛋白X在单个和多束肌动蛋白微丝上行走。

关于肌球蛋白X的研究相对较少。乔治亚医学院的发育神经生物学家Wen-Cheng Xiong博士曾发现肌球蛋白X在神经元肌动蛋白丝中的运动。DCC受体是肌动蛋白丝运输的组成部分,合成于细胞核后移动到细胞质。在细胞质中,DCC与netrin-1相互作用,后者是一种轴突导向因子,帮助轴突沿正确方向延伸。在发育早期,轴突需要生长并寻找目标,确定生长长度和方向,以最终形成突触连接。错误的生长会影响大脑的信息传递。肌球蛋白X引导DCC受体到达正确位置,使DCC与netrin-1结合,进而激活focal adhesion kinase(FAK),帮助发育中的细胞识别运动方向。这一过程有助于脑细胞之间的连接,穿越大脑中线和脊索。

研究人员认为,在神经元发育的最后阶段,当轴突需要停止生长时,细胞会表达一种削弱肌球蛋白X的小分子。神经元发育完成后,肌球蛋白X的基本任务也随之完成。肌球蛋白X上存在多个剪切位点,这些大分子可被切割为小分子,从而抑制轴突生长。

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