MAP激酶Sty1-NDR激酶Orb6调控轴控制应激激活的Cdc42动态：细胞极性重塑与生存机制

本研究揭示了裂殖酵母在营养胁迫下，通过MAP激酶Sty1抑制NDR激酶Orb6，解除对Cdc42 GTP酶调控因子Rga3和Gef1的磷酸化抑制，从而诱导Cdc42从极性振荡转向探索性动态的分子机制。该工作阐明了应激信号通过Sty1-Orb6轴重编程细胞极性的通路，为理解真核细胞形态可塑性及生存策略提供了新视角。

　　

在真核生物中，细胞极性建立是发育、免疫和疾病发生的核心过程。作为Rho家族GTP酶的明星成员，Cdc42在酵母到人类细胞中均主导着极性生长调控。裂殖酵母因其规则的杆状形态，成为研究极性动态的理想模型。正常情况下，Cdc42-GTP在细胞尖端振荡驱动单向生长；而面对环境胁迫时，却会转变为沿细胞膜随机出现的"探索性"激活模式。这种剧烈转变背后的调控机制，以及其与细胞生存策略的关联，始终是领域内亟待破解的科学谜题。

为揭示这一机制，美国迈阿密大学Miller医学院Fulvia Verde团队联合范德堡大学、马萨诸塞大学的研究人员在《iScience》发表重要成果。研究采用磷酸化蛋白质组学筛选、CRISPR/Cas9基因编辑、活细胞荧光显微成像、体外激酶实验等技术，结合裂殖酵母遗传学模型，系统解析了营养胁迫下Cdc42动态重编程的分子通路。

Cdc42 GAP Rga3膜定位受Orb6激酶活性调控

通过Rad24-TAP质谱筛选发现，Cdc42 GTP酶激活蛋白Rga3是Orb6的新底物。抑制Orb6活性或突变其磷酸化位点S683A，均导致Rga3从细胞质向尖端富集，这与14-3-3蛋白Rad24的结合减少相关。遗传实验证实，rga3缺失显著抑制Orb6失活诱导的Cdc42侧向斑块形成，而S683A突变则模拟胁迫表型，使细胞宽度减小、双极生长比例下降。

Ser683磷酸化调控Rga3定位与细胞形态

体外激酶实验证实Orb6直接磷酸化Rga3-S683。该位点突变导致：1）Rga3-GFP尖端定位增加2倍；2）活性Cdc42(CRIB-GFP)在尖端减少40%；3）细胞分裂时长宽比异常。这些数据表明，Orb6通过S683磷酸化抑制Rga3膜定位，从而维持正常极性生长。

Rga3与Gef1协同促进探索性Cdc42动态

在营养轴Efc25缺失背景下，rga3-S683A与gef1-S112A双突变使70%细胞出现Cdc42侧向斑块，而单突变仅20-30%。当Scd1缺失时，三突变体(scd1Δ gef1-S112A rga3-S683A)中Cdc42呈现多斑块分布。这表明当营养信号轴衰减时，Rga3与Gef1共同驱动Cdc42探索性动态。

氮胁迫下Rga3与Gef1的功能耦合

氮饥饿时，野生型细胞Cdc42-GTP从尖端向侧向重新分布。而rga3Δgef1Δ双敲除株完全丧失此现象，维持营养充足时的尖端极化模式。GST pull-down显示，Rga3与Rad24结合在胁迫30分钟后降低50%，S683A突变模拟该效应。这揭示胁迫通过解除Orb6-Rad24对Rga3/Gef1的抑制，激活探索性程序。

MAPK Sty1负调控Orb6激酶

关键发现是Sty1作为Orb6的上游抑制因子：1）sty1Δ细胞在氮胁迫下Orb6-GFP仍富集于尖端；2）Gef1-S112磷酸化水平维持高位；3）CRIB-GTP侧向斑块形成受阻。而直接抑制Orb6可完全绕过sty1Δ的表型。通过构建wis1-AA(失活)与wis1-DD(持续激活)突变体，证实Sty1活性是Orb6抑制的必要条件。

这项研究首次阐明：1）Rga3-S683磷酸化是Orb6调控Cdc42空间分布的关键开关；2）Sty1-Orb6构成"双抑制-激活"前馈环路，通过协调Rga3/Gef1的膜定位与活性，实现极性程序重编程；3）该通路与细胞时序寿命延长相关，提示探索性动态可能是真核细胞的保守生存策略。

从转化医学视角看，人类同源蛋白CHN1/CHN2（Rga3同源物）的突变与先天性眼动障碍相关，而NDR激酶家族在肿瘤、神经发育中作用突出。该机制为理解这些疾病的细胞形态异常提供了新思路。未来研究可探索：1）Sty1直接磷酸化Orb6的可能性；2）TORC1/2复合物在该通路中的调控角色；3）该机制在多细胞生物应激响应中的保守性。这项工作为细胞可塑性调控网络增添了关键拼图。