郑燚明博士等揭示非分裂细胞组装微管的独特机制和功能

来源：BioArt

原标题： Nat Cell Biol : 郑燚明博士等揭示非分裂细胞组装微管的独特机制和功能

微管是细胞的重要骨架结构，中心体是大家最为熟知的微管组装单位。在分裂细胞中，中心体发射出星型状微管，行成纺锤体将染色体牵引并精确地分配到两个子细胞。然而在非分裂细胞或者一些特定物种（如植物）和发育过程中，中心体是缺失的或不活跃的。那么在这些非分裂细胞中，微管是如何组装的？组装而成的微管又有何作用？

2020年2月17日，来自美国佛罗里达州立大学医学院的Timothy. L. Megraw教授和郑燚明博士团队（郑燚明博士为第一作者和共同通讯作者）在Nature Cell Biology上发表题为A perinuclear microtubule-organizing centre controls nuclear positioning and basement membrane secretion。该论文发现非分裂细胞通过非典型的无中心体方式在细胞核外周组装微管，组装成的微管控制细胞核的准确定位和基质蛋白的分泌，揭示了非分裂细胞组装微管的新机制和功能。

该研究聚焦于果蝇的幼虫脂肪体细胞（fat body cell）。果蝇幼虫脂肪体类似于人的脂肪和肝脏，其细胞高度分化。作者发现在这些非分裂的果蝇幼虫脂肪细胞中，微管以一种独特的方式组装：微管组装于细胞核周并向外辐射（图1）。这完全不同于分裂细胞于点状的中心体从细胞两极发射出星型状微管行成纺锤体的经典方式。

图1. 非分裂细胞特殊的微管组装方式。图为果蝇非分裂的脂肪细胞在细胞核外周组装微管（绿色），不像分裂细胞从点状中心体发射，而是环绕于细胞核外周并向外辐射。

接下来作者关注这个核外周微管组装单位是如何行成的。值得注意的是，γ-tubulin蛋白对于中心体组装微管非常重要，是目前研究最为清楚的微管组装核心蛋白。该研究发现，虽然γ-tubulin蛋白与其他微管组装调控蛋白都定位于核外周（图2），但是γ-tubulin蛋白对于该核外周微管组装却不是必需的。

作者发现该微管组装过程依赖于其他新型机制。简而言之，Msp300和Shot蛋白首先将微管锚定于细胞核周，通过募集微管负极蛋白Patronin和Ninein协调作用继而募集微管聚合蛋白Msps，最后促进微管从核周向外延伸辐射（图3）。

图2. 该论文发现一些重要的微管组装调控蛋白（绿色）都定位并环绕于细胞核周，其中γ-tubulin蛋白对于核外周微管组装是非必需的。

最后，作者想知道这个特殊的微管组装方式有什么作用或者生理功能。在果蝇幼虫脂肪细胞中，细胞核一般都维持在细胞中心，作者们发现一旦微管被破坏，细胞核就发生移位，说明微管对于维持细胞核准确定位是必需的。另外不难理解的是，作者们发现细胞核定位是由辐射而出的微管控制的，而不是由环绕于核外周的微管控制。

另一重要功能是囊泡逆向运输和基质蛋白分泌。果蝇幼虫脂肪是合成和分泌基质蛋白的主要器官。作者发现微管组装破坏后，基质蛋白大量残留于脂肪细胞（图3）。意外的是，这些大量残留的基质蛋白是聚集在细胞膜外，而不是细胞内，说明微管破坏后基质蛋白仍然可以正常向外运输。进一步研究发现微管破坏后，囊泡的逆向运输受到阻碍，大量的囊泡聚集于细胞膜处 （图3），导致细胞膜行成复杂的环绕状结构，从外观上看呈现“增厚”的异常变化。细胞膜发生的这些异常变化最终导致基质蛋白截留于细胞膜外。

图3. 果蝇非分裂脂肪细胞的微管组装机制和功能。

该论文发现了非分裂细胞组装微管的独特机制和功能。果蝇非分裂脂肪细胞的微管组装发生在细胞核周，是一种有别于传统的中心体式微管组装方式。该文揭示了该微管组装机制不依赖于以往所熟知的γ-tubulin组装核心蛋白，而是通过文中鉴定出的一批其他重要蛋白如Msp300-Shot微管锚定蛋白、Patronin和Ninein以及Msps微管组装调控蛋白。功能上，该微管组装对于维持细胞核准确定位于细胞中心和基质蛋白分泌至关重要。

论文的三位审稿专家对该研究给予高度评价：“This is a beautiful story that represents a major contribution to understanding the variety of strategies used to organize non-centrosomal microtubules.” “ It's really exciting for the field to show new modes of MT assembly and how things work in different cell types.”

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41556-020-0470-7