【摘要】：細胞核在細胞中的遷移和錨定是一種廣泛存在的細胞學(xué)現(xiàn)象,它參與多種生物學(xué)過程,對于生物體的生長發(fā)育和疾病發(fā)生至關(guān)重要。經(jīng)過多年的研究,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)細胞微管和微絲骨架系統(tǒng)參與調(diào)控細胞核的遷移和錨定,但是并不清楚細胞骨架究竟如何連接到細胞核膜上。通過遺傳學(xué)方法,科學(xué)家們在酵母、線蟲、果蠅等模式生物中發(fā)現(xiàn)了SUN蛋白和KASH蛋白這兩類細胞核膜蛋白,它們分別定位在內(nèi)核膜和外核膜上,對于細胞核的遷移和錨定至關(guān)重要。哺乳動物中也存在SUN蛋白和KASH蛋白家族同源蛋白,對于這兩類蛋白在哺乳動物細胞核遷移和錨定中的功能,以及它們對于哺乳動物發(fā)育的重要性還有待進一步的研究。本論文中,我們利用SUN蛋白SUN1、SUN2和KASH蛋白Syne-1/Nesprin-1、Syne-2/Nesprin-2基因敲除小鼠,研究了這四種蛋白在小鼠骨骼肌細胞核錨定、大腦神經(jīng)細胞發(fā)生和遷移、光感受細胞的發(fā)生和細胞核遷移、以及DNA損傷修復(fù)過程中的功能。 哺乳動物的骨骼肌細胞是由上百個肌原細胞融合而成的合胞體,每個細胞中有上百個細胞核按一定間距分布在細胞膜下表面,這些細胞核被稱為非突觸下細胞核,另有3-8個細胞核錨定在骨骼肌神經(jīng)肌肉接頭下,被稱為突觸下細胞核。我們提出的問題是SUN蛋白和KASH蛋白是否決定這些細胞核在細胞中的精確定位。我們以前的研究發(fā)現(xiàn)KASH蛋白Syne-1/Nesprin-1對于小鼠骨骼肌突觸下細胞核和非突觸下細胞核的錨定都必不可少,但還不知道SUN蛋白是否也參與這些過程。如本論文第二章所述,我和張曉昌博士合作發(fā)現(xiàn)僅缺失Sun1基因?qū)е峦挥|下細胞核的錨定被部分破壞,缺失Sun1和Sun2基因的3個甚至4個等位基因后,突觸下細胞核的錨定缺陷更加嚴重,這說明SUN1和SUN2對于突觸下細胞核的錨定有劑量效應(yīng)。我進一步發(fā)現(xiàn)在Sun1Sun2雙敲除骨骼肌細胞中,非突觸下細胞核的錨定被破壞,Syne-1也不能定位在核膜上。這些結(jié)果說明在骨骼肌細胞核的錨定中,SUN1和SUN2通過定位Syne-1到核膜上,從而連接細胞核與細胞骨架,調(diào)節(jié)細胞核在骨骼肌細胞中的定位。 哺乳動物大腦發(fā)育伴隨有大量的神經(jīng)細胞發(fā)生和遷移,細胞核的移動對于這兩個過程都至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)dynein、Lis1以及其他一些胞質(zhì)蛋白參與調(diào)控微管和細胞核的連接,但還沒有找到參與這種連接的核膜蛋白。在本論文第三章所述,我和張曉昌博十合作發(fā)現(xiàn)SUN蛋白SUN1、SUN2和KASH蛋白Syne-1/Nesprin-1、Syne-2/Nesprin-2通過微管動力蛋白dynein/dynactin、kinesin和微管連接,介導(dǎo)中心體-細胞核偶聯(lián),對小鼠大腦神經(jīng)細胞發(fā)生和遷移起至關(guān)重要的作用。 和大腦中神經(jīng)細胞遷移類似,在哺乳動物視網(wǎng)膜發(fā)育中,細胞核的遷移和定位對于視錐和視桿光感受細胞的發(fā)育和定位也是至關(guān)重要的。在光感受細胞前體細胞分裂周期中,前體細胞的細胞核在視網(wǎng)膜生發(fā)層的頂端和基端往返運動,這一過程被稱為細胞間期細胞核遷移(interkinetic nuclear migration, INM),新形成的光感受細胞通過細胞核遷移形成外核層。如本論文第四章所述,我和俞玨華博士研究了KASH蛋白Syne-2/Nesprin-2和SUN蛋白SUN1、SUN2在1NM和光感受細胞核遷移中的作用。Syne-2/Nesprin-2單敲除或者Sun1Sun2雙敲除造成外核層明顯變薄、光感受細胞核定位異常,從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜電生理缺陷,這種細胞核遷移是由SUN1蛋白和SUN2蛋白定位Syne-2/Nesprin-2蛋白到核膜上形成復(fù)合體,通過微管動力蛋白dynein/dynactin和kinesin連接微管和細胞核,從而調(diào)控細胞核在視網(wǎng)膜中的遷移。 DNA損傷修復(fù)是生物體正常生長發(fā)育所必需的,DNA損傷修復(fù)缺陷將破壞基因組穩(wěn)定性,導(dǎo)致免疫缺陷、腫瘤以及衰老等疾病。如本論文第五章所述,我正在研究SUN1和SUN2在DNA損傷修復(fù)中的功能。初步實驗數(shù)據(jù)表明,Sun1Sun2雙敲除小鼠胚胎成纖維細胞增殖能力下降,DNA損傷反應(yīng)信號水平降低,對于DNA損傷的反應(yīng)滯后。同時我還發(fā)現(xiàn)SUN1和SUN2與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣調(diào)蛋白Reticulocalbin-2(Rcn2)存在相互作用,這提示SUN1和SUN2可能通過Rcn2激活ERK/MAPK信號通路,進而激活DNA損傷反應(yīng)信號,修復(fù)DNA損傷。我正在進一步開展實驗研究這一分子機制的具體過程,這可能對認識核纖層蛋白病(Laminopathies)這一大類由核膜蛋白突變引起的早衰或腫瘤易發(fā)病的分子機制提供新的線索。
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【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：R363
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本文編號：2401987