鞭毛/纤毛膜的形成，代谢及在细胞间信号传递中的作用

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31171287
项目类别：
面上项目
资助金额：
63.0万
负责人：
黄开耀
依托单位：
中国科学院水生生物研究所
学科分类：
C0701.细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
余博识；缪荣丽；张琪；夏爽；
关键词：
胞内运输纤毛病鞭毛/纤毛膜蛋白衣藻

项目摘要

鞭毛/纤毛在真核细胞中执行着重要的运动和感受功能，其感受功能取决于在鞭毛/纤毛中所特有的膜蛋白和信号传递途径。本项目利用鞭毛研究模式生物─衣藻来研究膜蛋白由高尔基到鞭毛，然后分泌到细胞外的运输途径：通过分离和蛋白组学分析运输到鞭毛的胞内小囊泡，结合GFP标记技术来研究鞭毛膜蛋白在细胞内的运输途径；通过分离细胞膜和鞭毛膜，比较其蛋白组成，分析扩散屏障的作用机理，然后运用高通量筛选突变体的方法来寻找参与调控扩散屏障的蛋白；实时观察GFP融合膜蛋白在鞭毛的运动和特殊定位, 结合鞭毛内运输的突变体了解其调控机理；通过分析由鞭毛分泌到细胞外的小囊泡的组成以及对周围细胞的影响，研究纤毛小囊泡分泌的生物学意义。本项目充分利用衣藻易于进行生化，遗传分析的特点, 研究结果不仅能丰富和完善对细胞学中胞内囊泡定向运输等经典问题的认识，而且有利于了解纤毛病的致病机理和寻找治疗纤毛病的途径和药物。

结项摘要

鞭毛/纤毛广泛分布在由原生生物到脊椎动物的绝大多数细胞中，在人类中纤毛结构和功能的异常会导致男性不育、呼吸道疾病、多囊肾、神经系统发育缺陷等纤毛病。纤毛的感受功能取决于在鞭毛/纤毛中所特有的膜蛋白和信号传递途径。本研究运用生物化学、定量蛋白质组学、遗传学和细胞生物学的方法在模式生物衣藻中初步揭示了膜蛋白由高尔基通过囊泡特异运输到纤毛底部，跨过扩散屏障进入到纤毛，然后分泌到细胞外的整个运输途径。得到以下重要结论：1. 纤毛具有“分泌”功能，从纤毛中分泌出的囊泡（ectosome）能携带有活性的酶和信号分子，在细胞间进行物质和信息的交流。2. 囊泡（ectosome）的分泌参与到鞭毛膜的代谢，配子的形成和融合以及纤毛变短等过程。3. ESCRT复合体（Endosomal sorting complex required for transport）和泛素化系统参入到纤毛囊泡的形成。4. 不同的膜蛋白在纤毛中运动规律不同，但都依赖于IFT（Intraflagellar Transport）。5. 鞭毛膜的组成与细胞膜的组成存在明显差异，进一步证明虽然二者之间在结构上是连续的，但存在着扩散屏障。另外为了配合这个项目的完成还建立了：6. 一套快速构建并高效筛选的人工miRNA 基因敲除的技术平台。7. 建立了15万个衣藻随机插入突变体库，不仅可用来筛选特定基因突变体，还可富集相同表型的突变体，运用二代测序技术同时鉴定多个突变基因。. 纤毛“分泌”功能的发现表明纤毛不仅是细胞内外环境的“接受器”，而且也是细胞信号的“发射器”，拓展了纤毛的研究领域，有利于研究在组织内，特别是不与液体环境直接接触的纤毛在细胞分化和迁移中的功能。由于在纤毛中不存在囊泡运输，囊泡（ectosome）的形成和分泌直接参入膜蛋白的代谢，可以通过快速清除纤毛中的信号分子来调控纤毛内信号传导。这些研究为我们提供了一种人为调控纤毛信号通路的途径，可为治疗纤毛病提供借鉴。人工miRNA基因敲降平台和15万个衣藻随机插入突变体库不仅为本实验的研究提供了很好的平台，而且已经为世界其他实验室提供了12株藻种，将促进利用衣藻作为模式生物的其他研究的发展。