Cell子刊：为微管掌舵的关键蛋白

宾夕法尼亚州立大学的科学家们发现，细胞中微小的马达蛋白，能够在神经细胞的分枝结构中，为微管指引正确的方向。这一研究于一月二十三日发表在Cell旗下的Current Biology杂志上.

　　

 

生物通报道：宾夕法尼亚州立大学的科学家们发现，细胞中微小的马达蛋白，能够在神经细胞的分枝结构中，为微管指引正确的方向。微管相当于细胞中的高速公路，这项研究在活细胞中为人们展现了这一交通网络的组织形式。

“我们提出了微管组成交通网络的模型，”副教授Melissa Rolls说。“但由于活细胞的复杂性，我们无法断言这一模型是否切实可行。”于是Rolls与William O. Hancock教授合作对此进行了验证。

“驱动蛋白（Kinesin）是将化学能量转换为机械力的机器，负责在细胞中运输物质，”Hancock说。

细胞生产酶、蛋白和信号分子后，需要通过马达蛋白运输到细胞的其他区域。神经细胞的树突非常长，马达蛋白需要在微管上移动更长的距离。细胞中的微管处于不断形成和分解的动态平衡，研究人员希望了解，这些微管是如何在神经细胞的众多分支中找到正确的方向。

研究人员发现，驱动蛋白不仅能够沿着微管运输分子，还可以使微管末端改变方向进入正确的树突分支。这一研究于一月二十三日发表在Cell旗下的Current Biology杂志上，文章的第一作者是Hancock实验室的Yalei Che。

研究人员在显微镜下对微管的生长进行了观察，他们将驱动蛋白与EB1结合，而EB1蛋白能与生长中的微管末端结合。

“我们曾以为这一模型可能不起作用，因为EB1与微管末端的结合很松散，”Rolls说。“我们不确定它是否能够牢固地控制动态的微管，但它的确做到了这一点。”

研究显示，EB1的能力来自于一种群体效应，虽然单个分子与微管的结合很松散，但微管末端被数以百计的EB1分子围绕，EB1正是在此基础上为马达蛋白引导方向的。随后，驱动蛋白马达沿着平稳的微管移动进入神经细胞的正确分支。

文章指出，EB1和驱动蛋白的组合足以让微管弯曲，使其转移到正确的方向。此外，其他类型的驱动蛋白也拥有这种活性，说明上述机制是微管在细胞中正确定向的通用机制。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

An EB1-Kinesin Complex Is Sufficient to Steer Microtubule Growth In Vitro

Proper microtubule polarity underlies overall neuronal polarity, but mechanisms for maintaining microtubule polarity are not well understood. Previous live imaging in Drosophila dendritic arborization neurons showed that while microtubules are uniformly plus-end out in axons, dendrites possess uniformly minus-end-out microtubules [1]. Thus, maintaining uniform microtubule polarity in dendrites requires that growing microtubule plus ends entering branch points be actively directed toward the cell body. A model was proposed in which EB1 tracks the plus ends of microtubules growing into a branch and an associated kinesin-2 motor walks along a static microtubule to steer the plus end toward the cell body. However, the fast plus-end binding dynamics of EB1 [2,3,4,5] appear to be at odds with this proposed mechanical function. To test this model in vitro, we reconstituted the system by artificially dimerizing EB1 to kinesin, growing microtubules from immobilized seeds, and imaging encounters between growing microtubule plus ends and static microtubules. Consistent with in vivo observations, the EB1-kinesin complex actively steered growing microtubules. Thus, EB1 kinetics and mechanics are sufficient to bend microtubules for several seconds. Other kinesins also demonstrated this activity, suggesting this is a general mechanism for organizing and maintaining proper microtubule polarity in cells.