發(fā)布時間：2020-05-16 10:29

【摘要】：細(xì)胞分裂是生物賴以生存的最基本機(jī)制之一。多細(xì)胞生物通過細(xì)胞分裂生成各種組織并維持生命發(fā)育。細(xì)胞分裂過程伴隨有大量蛋白磷酸化事件的發(fā)生。蛋白激酶是調(diào)控這些磷酸化事件的關(guān)鍵。激酶活性的精準(zhǔn)調(diào)控保證了分裂的正常進(jìn)行。細(xì)胞分裂與疾病發(fā)生密切相關(guān),腫瘤就是細(xì)胞分裂失控引起的疾病,目前有多種臨床藥物通過靶向細(xì)胞分裂過程而發(fā)揮抗腫瘤作用。因此研究細(xì)胞分裂的調(diào)控機(jī)制不僅有助于理解生命的基本運(yùn)行機(jī)制,也為戰(zhàn)勝多種人類疾病提供重要指導(dǎo)。本論文的研究包括兩部分,第一部分是針對細(xì)胞分裂M期細(xì)胞形態(tài)變化和生物信號通路緊密協(xié)同的分子調(diào)控機(jī)制研究,第二部分是靶向細(xì)胞周期激酶Plk1的新型抗腫瘤藥物研發(fā)。1.Numb磷酸化決定細(xì)胞分裂早期物理形態(tài)和細(xì)胞分裂啟動緊密協(xié)同的機(jī)制研究細(xì)胞在分裂時會部分失去與胞外基質(zhì)的粘附,使得細(xì)胞發(fā)生由扁平到變圓的形態(tài)變化,同時伴隨有一系列周期相關(guān)分子信號的啟動。但是細(xì)胞變圓和細(xì)胞分裂這兩個不同的事件是如何協(xié)同發(fā)生的,針對這一科學(xué)問題的研究目前還比較少。我們的研究發(fā)現(xiàn)一個經(jīng)典的細(xì)胞不對稱分裂調(diào)控蛋白Numb能夠調(diào)控細(xì)胞變圓以及細(xì)胞分裂啟動這兩個事件的協(xié)同發(fā)生。我們發(fā)現(xiàn)有絲分裂重要起始激酶Aurora A能夠直接磷酸化Numb,并且該磷酸化事件受細(xì)胞周期的調(diào)控。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Numb磷酸化調(diào)控其在分裂M期由細(xì)胞膜釋放入細(xì)胞質(zhì)中的過程,不能磷酸化的Numb導(dǎo)致細(xì)胞分裂時黏著斑的解聚發(fā)生異常,進(jìn)而影響了分裂M期細(xì)胞的變圓。同時不能磷酸化的Numb延遲了細(xì)胞由G_2向M期轉(zhuǎn)換,說明Numb磷酸化介導(dǎo)了細(xì)胞分裂M期的啟動。進(jìn)一步研究表明Numb可能通過控制Cdc25C的激活進(jìn)而調(diào)控分裂M期的啟動。綜上,我們的研究發(fā)現(xiàn)Aurora A介導(dǎo)的Numb磷酸化能同時參與調(diào)控分裂早期細(xì)胞形態(tài)變化以及細(xì)胞分裂的啟動,為理解這兩個事件的協(xié)同發(fā)生提供了一種關(guān)鍵分子機(jī)制。2.靶向細(xì)胞周期激酶Plk1的新型抗腫瘤藥物研發(fā)Plk1(Polo-like kinase 1)是一類保守的絲/蘇氨酸蛋白激酶,研究表明Plk1激酶參與細(xì)胞分裂調(diào)控的多個環(huán)節(jié),是重要的抗癌藥物靶點(diǎn)。目前研發(fā)的Plk1抑制劑雖然在動物體內(nèi)顯示出了強(qiáng)大的抑瘤效果,但是臨床實(shí)驗(yàn)表明絕大多數(shù)抑制劑特異性較低,具有巨大毒性,進(jìn)而嚴(yán)重限制了這些抑制劑在臨床中的應(yīng)用。吡咯咪唑聚酰胺(PIPs)是一類人工合成的小分子配體,能夠特異性地與DNA序列識別并結(jié)合。通過設(shè)計(jì)靶向基因啟動子的PIPs,可以實(shí)現(xiàn)對基因表達(dá)的外源調(diào)控。我們的研究目的是利用這種最新發(fā)展的基因調(diào)控技術(shù)開發(fā)一種新型Plk1抑制劑。首先我們針對Plk1啟動子上關(guān)鍵序列設(shè)計(jì)合成了一系列具有不同化學(xué)修飾的PIPs分子,通過篩選最終獲得了能夠有效抑制Plk1表達(dá)的吡咯咪唑聚酰胺分子PIP3,并進(jìn)一步證實(shí)了PIP3具有較高的Plk1靶向特異性。相應(yīng)地,PIP3處理導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞分裂發(fā)生明顯缺陷并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,但同樣作用濃度的PIP3對正常細(xì)胞的分裂卻沒有明顯影響。在動物體內(nèi)PIP3展現(xiàn)出良好的腫瘤抑制能力和較好的動物耐受性。綜上所述,PIP3作為一種新型Plk1抑制劑,具有較高的靶向特異性和低毒性,因此具有較好的臨床應(yīng)用潛力。綜上,我們的研究為理解細(xì)胞分裂過程中細(xì)胞形態(tài)變化及分裂啟動的協(xié)同發(fā)生提供了一種全新的分子機(jī)制。此外我們設(shè)計(jì)出一種新型Plk1靶向抑制劑PIP3,并證實(shí)了該抑制劑具有較好的特異性,為該類抑制劑作為抗腫瘤藥物的研發(fā)和臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

圖 1.1 細(xì)胞周期示意圖[3]Figure 1.1 The schematic diagram of cell cycle.細(xì)胞有絲分裂過程中的細(xì)胞形態(tài)變化及調(diào)控機(jī)制絕大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞而言，其在發(fā)生分裂時候會伴隨著由扁平到一系列細(xì)胞形態(tài)的變化[4, 5]（圖 1.2），并且該現(xiàn)象在生物進(jìn)化過程的。最早在 1935 年 Sauer, F.C 等人在體內(nèi)也觀察到了這一現(xiàn)象[6]，

圖 1.2 細(xì)胞分裂過程中的形態(tài)變化[4]Figure 1.2 Changes of cell shape throughout mitosis.有研究表明細(xì)胞進(jìn)入分裂期時的形態(tài)變化是由于分裂期相關(guān)激酶活性的升高引起的，主要包括 CDK1-CyclinB 激酶復(fù)合物、Aurora A、Aurora B 以及 Plk1激酶，這些激酶在分裂期進(jìn)一步引起相關(guān)蛋白磷酸化水平的升高，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞能在短時間內(nèi)形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化[11, 12]。細(xì)胞變圓的一個主要調(diào)控機(jī)制是細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附結(jié)構(gòu)即黏著斑（Focal adhesion）的解聚，研究發(fā)現(xiàn)CDK1-cyclinB 激酶的激活能夠磷酸化黏著斑的組成成分[13, 14]，包括 Integrins，F(xiàn)AK 以及 Paxillin 等蛋白，從而促進(jìn)黏著斑的解聚[15]。此外，一種小的 GTPaseRAP1 能夠通過調(diào)節(jié) Integrin 以及 Rac-Cdc42 的活性來調(diào)節(jié)細(xì)胞的伸展，而 RAP1的活性在分裂期會發(fā)生降低，這間接地促進(jìn)了分裂期黏著斑的解聚[16]。并且如果過表達(dá)組成性激活的 RAP1 蛋白，即使在 CDK1-CyclinB 正常磷酸化黏著斑蛋白
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R91

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2 大可;細(xì)胞周期鐘如何運(yùn)行（下）[N];大眾科技報(bào);2001年

3 本報(bào)記者 彭丹;細(xì)胞周期 引爆生命科學(xué)新革命？[N];中國醫(yī)藥報(bào);2002年

4 北京大學(xué)臨床腫瘤學(xué)院 柯楊;細(xì)胞周期：開辟癌治療新途徑[N];科技日報(bào);2001年

5 $$點(diǎn)評人：陸佳韻（現(xiàn)為中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤研究所分子腫瘤學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室博士生） $$吳eㄖ泄窖Э蒲г褐琢鲅芯克赴鍤抑魅�，我国医学遗传学的奠基人之一�，

本文編號：2666597