ALKBH4依赖的肌动蛋白(Actin K84mel)去甲基化调控胞质分裂的机制研究

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胞质分裂需要以肌动球蛋白[actomyosin,由微丝(F-actin)和非肌肉Ⅱ型肌球蛋白(Non-muscle MyosinⅡ,NMⅡ)组成]为核心组分的收缩环在分裂沟处收缩来提供动力,将一个母细胞分裂成两个子细胞。在胞质分裂过程中,分裂沟和分裂平面的确定需要微管和微丝协同进行信息传递,最终引起actomyosin组装形成收缩环。收缩环是一种动态的细胞器,随着F-actin[由肌动蛋白(actin)聚合而成]和NMⅡ变化而变化,并决定着母细胞能否成功分裂。NMⅡ是胞质分裂过程中收缩环上主要的动力蛋白,它在微丝上的移动和F-actin解聚都是分裂沟收缩所必需的。分裂沟收缩依赖于收缩环中actomyosin产生的动力,但是actomyosin收缩的具体机制现在还不清楚,尤其是actin的翻译后修饰是如何调控actomyosin的动态过程也是未知的。  本论文发现了ALKBH4蛋白可以介导肌动蛋白上一种新的84位赖氨酸单甲基化(actin K84mel)的去甲基化。Actin甲基化和去甲基化调控actin-myosin间的相互作用和actomyosin依赖的生物学功能,包括胞质分裂和细胞迁移。ALKBH4缺失引起细胞中actin K84mel水平上升,外源野生型ALKBH4蛋白可以使actin K84mel蛋白水平恢复到正常水平,但ALKBH4蛋白酶活性位点突变体却不能。过表达野生型外源ALKBH4导致actin K84mel蛋白水平下降,而酶活性位点突变体却不能。Actomyosin复合体中的actin和NMⅡ间的相互作用受到ALKBH4依赖的actin去甲基化调控,ALKBH4缺失引起它们间的相互作用减弱,而且甲基化抑制剂AdOx(Adenosine-2,3-dialdehyde)或actin K84R突变体都会增强NMⅡ与actin的结合能力。ALKBH4特异性结合甲基化形式的actin,并且ALKBH4酶活性缺陷突变体与actin结合能力比野生型强。而NMⅡ只与非甲基化的actin相互作用,并且NMⅡ在收缩环上正确聚集和与actin的相互作用都依赖于ALKBH4。  ALKBH4通过与甲基化的actin相互作用定位在收缩环和中体上,ALKBH4介导的actomyosin动态变化和胞质分裂过程完全依赖于它的催化活性,ALKBH4缺失造成的分裂沟组分解体和多核现象可以被外源野生型ALKBH4蛋白修复,但不能被酶活性位点突变的ALKBH4蛋白修复。与以上细胞水平结果吻合的是,纯合ALKBH4基因敲除小鼠在胚胎早期死亡,这也与actin和MyosinⅡ基因敲除小鼠表型相似。  这些发现说明ALKBH4依赖的actin去甲基化通过促进actin-NMⅡ相互作用调控actomyosin功能,ALKBH4通过与actin K84mel相互作用被募集到收缩环和中体上,并将actin K84mel去甲基化,为NMⅡ创造结合actin的位点。Actin逐渐的去甲基化使得NMⅡ能沿着F-actin动态的滑动,并产生收缩力促进收缩环收缩,使分裂沟内陷完成胞质分裂。所以本论文阐明了一个全新的细胞胞质分裂机制。
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