The structure and formation mechanism of the contractile ring by super-resolution imaging

通过超分辨率成像研究收缩环的结构和形成机制

基本信息

批准号：
21K06253
负责人：
上条桂樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku Medical and Pharmaceutical University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06253/
关键词：
細胞質分裂アクチンミオシン収縮環超解像顕微鏡 Rho

项目摘要

動物細胞では，アクチンとミオシンIIで構成される収縮環の収縮により細胞がくびれて細胞質分裂が進行する．収縮環は，染色体の分離後，短時間で形成されるが，形成機構は未解明のままである．これまでに，超解像顕微鏡（STEDおよびスピニングディスク超解像顕微鏡SpinSR10）を用い，さまざまな細胞質分裂のステージの固定標本およびライブイメージング観察を行った．その結果，染色体が分離すると染色体間の細胞表層の複数のスポットからアクチンフィラメントが放射状に長く伸び，これをミオシンIIが架橋することにより，両フィラメントが赤道面に並行に並び，収縮環が形成されることが示唆された．そこで，Rhoキナーゼ阻害剤Y27632でミオシンIIの形成を抑制し，固定標本およびライブイメージングでの観察を行った．アクチンフィラメントは染色体間の細胞表層のスポットから長く伸びるものの，赤道面と並行にならなかった．一方，ミオシンATPase阻害剤のBlebbistatinで細胞を処理すると，ミオシンIIは赤道面に形成されて集積するものの，細胞表層のスポットから伸びたアクチンフィラメントは赤道面と並行にならなかった．アクチンの伸びるスポットの中心には直鎖状アクチンフィラメントの重合を促進するDIAPH3/mDia2が局在する．DIAPH3/mDia2のRNAiを行うと，収縮環のアクチンフィラメントの形成が抑えられる傾向が示された．これらの結果から，分裂後期に，分離した染色体間の細胞表層でアクチンフィラメントが放射状に伸長し，それを赤道面で新たに形成されたミオシンIIが捕捉して架橋することにより収縮環が形成されることが推定される．

在动物细胞中，由肌动蛋白和肌球蛋白 II 组成的收缩环的收缩导致细胞收缩并进行胞质分裂。收缩环在染色体分离后短时间内形成，但其形成机制尚不清楚。到目前为止，我们已经使用超分辨率显微镜（STED和转盘超分辨率显微镜SpinSR10）来观察固定标本和胞质分裂各个阶段的实时成像。因此，当染色体分离时，肌动蛋白丝从染色体之间细胞表面的多个点呈放射状延伸，当肌球蛋白 II 桥接这些丝时，两条肌动蛋白丝平行于赤道面排列，形成一个收缩环。因此，我们使用Rho激酶抑制剂Y27632抑制肌球蛋白II的形成，并使用固定标本和实时成像对其进行观察。尽管肌动蛋白丝从细胞表面染色体之间的斑点处延伸得很长，但它们并不平行于赤道面延伸。另一方面，当用肌球蛋白ATP酶抑制剂布雷他汀处理细胞时，肌球蛋白II在赤道面上形成并积累，但从细胞表面上的斑点延伸的肌动蛋白丝并未变得与赤道面平行。 DIAPH3/mDia2 促进线性肌动蛋白丝的聚合，位于肌动蛋白拉伸点的中心。 DIAPH3/mDia2 的 RNAi 倾向于抑制收缩环中肌动蛋白丝的形成。这些结果表明，在后期，肌动蛋白丝在分离的染色体之间的细胞表面上呈放射状延伸，并且在赤道面新形成的肌球蛋白II捕获并桥接肌动蛋白丝，形成收缩环。