AurkA 磷酸化调控 Par-3 皮层 - 胞质动态在放射状胶质祖细胞不对称分裂中的作用研究

推荐 在放射状胶质祖细胞（RGPs）不对称分裂（ACD）中，Par-3 胞质定位机制及作用未知。本研究通过体内延时成像等发现，Aurora 激酶 A（AurkA）磷酸化 Par-3 的 Ser954，调控其动态及 Dld 内体极性分布，影响子代细胞命运，为神经发育及相关疾病研究提供新视角。

　　

论文解读

在早期脑发育的神秘舞台上，神经干细胞 —— 放射状胶质祖细胞（RGPs）如同精密的命运分配者，通过不对称分裂（ACD）产生一个维持自我更新的干细胞和一个走向分化的神经元。这一过程的精准调控至关重要，稍有偏差便可能引发发育缺陷或癌症。然而，作为皮层极性调节因子的 Par-3 蛋白，其在胞质中的动态分布机制及其对 RGP 不对称分裂的影响，一直是困扰科学界的谜题。Par-3 曾被认为仅在细胞皮层发挥作用，但近年研究发现，它在分裂中的 RGPs 胞质内与动力蛋白（dynein）及 Notch 配体 DeltaD（Dld）共定位，且与 Dld 内体的不对称 segregation 密切相关。那么，究竟是什么力量驱动 Par-3 进入胞质？这种动态调控又如何塑造细胞极性和子代命运？

为揭开这些谜团，来自国外研究机构的研究人员聚焦于细胞周期依赖性激酶 Aurora 激酶 A（AurkA），开展了一系列深入研究。他们利用斑马鱼模型，结合体内延时成像、分子遗传学、药理学及生物化学等技术，发现 AurkA 通过磷酸化 Par-3 的 Ser⁹⁵⁴位点，调控其皮层与胞质间的动态平衡，进而影响 RGP 不对称分裂及子代细胞命运。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》，为理解神经发育的分子机制及相关疾病的病理过程提供了关键线索。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：

• 体内延时成像：利用 Par-3-GFP 报告基因，实时追踪 RGPs 分裂过程中 Par-3 的动态分布，观察其胞质定位与细胞周期的关联。
• 突变体分析：构建 Par-3 磷酸化位点突变体（如 Par-3^S954A），通过显微注射至斑马鱼胚胎，分析其对胚胎发育、Par-3 动态及子代细胞命运的影响。
• 体外激酶实验：通过体外翻译 Par-3 蛋白及 AurkA 重组蛋白，验证 AurkA 对 Par-3 的直接磷酸化作用。
• 药理学干预：使用 AurkA 抑制剂 MK-5108 处理胚胎，研究 AurkA 活性缺失对 Par-3 分布及 RGP 分裂的影响。

研究结果

体内延时成像揭示有丝分裂 RGPs 中胞质 Par-3 的动态

通过标记 Par-3-GFP 及 Dld 抗体，研究发现有丝分裂期 RGPs 的胞质中存在 Par-3 与 Dld 内体的共定位复合物，且该复合物在分裂过程中向后代细胞方向移动。敲低内源性 Par-3 并表达外源性 Par-3-GFP 后，胞质 Par-3 信号增强，提示其可能来源于皮层池。

Par-3^S954A的系统性表达显著干扰胚胎脑发育

在斑马鱼胚胎中过表达 Par-3^S954A突变体，导致胚胎脑形态异常，类似于 Par-3 敲除表型。而单独突变 Ser²²⁷无明显影响，表明 Ser⁹⁵⁴是 AurkA 磷酸化的关键位点。

稀疏表达的 Par-3^S954A在有丝分裂 RGPs 中胞质定位减少

定量分析显示，Par-3^S954A突变体在有丝分裂中期和末期的胞质信号显著降低，皮层信号增强，表明 Ser⁹⁵⁴磷酸化促进 Par-3 从皮层向胞质转移。

Par-3^S954A在前后皮层不对称性方面存在缺陷，并干扰 Dld 内体的极化动态

Par-3^S954A突变体破坏了 Par-3 与 Dld 内体向后代细胞的不对称分配，导致两者在子代细胞中的分布趋于对称，且 Dld 内吞减少，提示 Par-3 磷酸化对维持极性分布至关重要。

Par-3^S954A干扰祖细胞 - 神经元的命运特化

EDU 标记实验表明，Par-3^S954A表达胚胎中，EDU⁺HuC⁺细胞比例下降，EDU⁺HuC^?细胞比例上升，说明 Par-3 磷酸化缺陷阻碍祖细胞退出细胞周期并向神经元分化。

AurkA 在体外磷酸化斑马鱼 Par-3 的 Ser⁹⁵⁴

体外激酶实验证实，AurkA 可直接磷酸化 Par-3 的 Ser⁹⁵⁴位点，而 Ser^954A和双突变体（SA）的磷酸化水平显著降低，进一步确认了两者的直接相互作用。

体内延时成像显示 AurkA 与皮层 Par-3 的瞬时共定位与 Par-3 皮层不对称性的方向性相关

AurkA 在有丝分裂 RGPs 中呈现中心体周围动态分布，其与皮层 Par-3 的瞬时共定位多见于后代细胞侧，且共定位侧与 Par-3 不对称分布方向一致，提示 AurkA 通过局部磷酸化调控 Par-3 极性。

瞬时抑制 AurkA 活性会减少胞质 Par-3，并破坏 Par-3 皮层不对称性和 Dld 内体的极化动态

AurkA 抑制剂处理导致胞质 Par-3 减少、皮层 Par-3 增加，同时破坏 Par-3 与 Dld 内体的不对称分布，表明 AurkA 活性对维持 Par-3 动态及极性至关重要。

过表达 AurkA 会增加胞质 Par-3 的存在，并破坏 Par-3 皮层不对称性和 Dld 内体的极化动态

过表达 AurkA 导致皮层 Par-3 减少、非顶端（胞质及基底）Par-3 增加，且 Par-3 与 Dld 内体的不对称性被显著破坏，提示 AurkA 磷酸化水平的平衡对 RGP 分裂至关重要。

研究结论与讨论

本研究揭示了 AurkA 通过磷酸化 Par-3 的 Ser⁹⁵⁴位点，调控其在皮层与胞质之间的动态平衡，进而影响 RGP 不对称分裂中 Dld 内体的极性分布及子代细胞命运。具体而言，在有丝分裂期，AurkA 与皮层 Par-3 在后代细胞侧瞬时共定位并磷酸化 Par-3，促使其从皮层转移至胞质，与动力蛋白结合形成复合物，驱动 Dld 内体向后代细胞方向移动，最终实现不对称分配。这一过程确保了后代细胞维持祖细胞状态，而前体细胞走向分化。

研究首次将 AurkA 的细胞周期调控功能与 Par-3 的极性动态结合，为理解神经干细胞不对称分裂的分子机制提供了新框架。同时，Par-3 胞质定位与癌症预后的关联提示，该通路可能为神经发育异常及肿瘤发生的研究提供潜在靶点。尽管研究尚未在体内直接验证 Par-3 的 Ser⁹⁵⁴磷酸化，但体外实验及突变体表型已充分支持 AurkA 在此过程中的核心作用。未来，条件性基因编辑技术的应用将进一步解析该机制在不同发育阶段的特异性功能。

总之，这项研究不仅填补了 Par-3 胞质动态调控机制的空白，更揭示了细胞周期激酶与极性蛋白网络在神经发育中的精密协作，为深入探索大脑发育及相关疾病奠定了重要基础。