葡萄糖-cAMP-PKA信号通路通过调控裂殖酵母细胞因子分裂的代谢控制机制

本研究揭示了葡萄糖-cAMP-PKA信号通路在裂殖酵母细胞因子分裂中的关键调控作用。研究人员通过分子遗传学与活细胞成像技术，发现PKA活性通过抑制应激激活MAPK Sty1的基线活性，稳定formin For3及其介导的肌动蛋白电缆组装，从而促进收缩性肌动球蛋白环(CAR)的形成和收缩。该研究还发现了不依赖于肌动蛋白电缆的平行调控机制，并证实线粒体呼吸在葡萄糖存在时通过PKA非依赖途径促进胞质分裂。这项研究为理解代谢状态与细胞分裂精准协调的分子机制提供了新视角。

　　

在细胞生命活动中，细胞分裂的精准调控是维持生命延续的核心环节。其中胞质分裂(cytokinesis)作为细胞分裂的最终步骤，需要与细胞代谢状态进行精确协调，然而这种协调背后的分子机制至今仍不甚明了。裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)作为研究胞质分裂时空调控的经典模式生物，其收缩性肌动球蛋白环(contractile actomyosin ring, CAR)的组装和收缩过程与高等真核生物具有高度保守性。近年来研究发现，碳源代谢显著影响裂殖酵母的胞质分裂动力学——在葡萄糖发酵条件下，CAR组装和收缩时间明显短于呼吸代谢条件，暗示葡萄糖信号可能通过某种机制调控这一过程。

为了深入探究这一现象背后的机制，西班牙穆尔西亚大学的研究团队在《Microbiological Research》上发表了最新研究成果。他们通过综合运用分子遗传学操作、时间推移活细胞荧光成像、蛋白质免疫印迹、细胞染色与图像分割分析等技术手段，系统解析了葡萄糖-cAMP-PKA信号通路在调控胞质分裂中的核心作用。

研究结果显示，葡萄糖-cAMP-PKA信号通路正向调控裂殖酵母CAR完整性及胞质分裂过程。缺失Pka1催化亚基(pka1Δ)显著延迟CAR组装和收缩，而组成型激活PKA(cgs1Δ)则增强CAR完整性并加速胞质分裂。这一调控主要发生在翻译后水平，仅部分通过转录因子Rst2介导。

分子机制上，Pka1在葡萄糖充足条件下下调应激激活MAPK Sty1的基线活性，从而稳定formin For3及其介导的肌动蛋白电缆，这些结构协同调控CAR动力学。值得注意的是，cAMP-PKA信号还通过一个平行于肌动蛋白电缆的机制促进胞质分裂。此外，线粒体呼吸在葡萄糖存在时通过PKA非依赖途径促进胞质分裂。

关键技术方法包括：使用表达Rlc1-mEGFP和Pcp1-mEGFP融合蛋白的菌株进行时间推移共聚焦荧光显微镜观察，量化CAR动力学参数；通过Alexa Fluor phalloidin染色和Ilastik机器学习 routine进行肌动蛋白分割分析；采用蛋白质免疫印迹检测Sty1和Pmk1磷酸化水平及For3蛋白表达；使用H₂DCF-DA荧光探针评估活性氧水平；通过点板实验分析菌株对Latrunculin A的敏感性。

研究结论表明，葡萄糖-cAMP-PKA信号通过多层面控制网络协调碳源代谢与细胞骨架重组 during胞质分裂。一方面通过维持低水平Sty1活性来稳定For3和肌动蛋白电缆，另一方面通过不依赖于肌动蛋白电缆的机制调控胞质分裂。同时，线粒体呼吸在葡萄糖发酵过程中通过独立于PKA的途径促进胞质分裂进程。

这项研究的重要意义在于首次系统地揭示了代谢信号通路与细胞分裂过程之间的直接分子联系，为理解细胞如何根据营养状态调整分裂速率提供了新机制。特别值得注意的是，cAMP-PKA信号通路在高等真核生物中同样保守，且与多种疾病发生发展密切相关，这些发现可能为研究人类细胞代谢异常与分裂失调相关疾病提供新的思路。同时，研究中发现的多层次调控机制展现了细胞生物学过程的复杂性和精确性，为后续研究提供了丰富的研究方向。