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平台用户揭示α微管蛋白三甲基化修饰在神经系统发育过程中的作用及其机制

2021年7月5日,国际学术期刊Nature Communications在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)鲍岚研究组的最新研究进展“α-TubK40me3 is required for neuronal polarization and migration by promoting microtubule formation”。该研究揭示了α微管蛋白上新发现的三甲基化修饰可以促进微管的形成从而调节神经元极性的建立和迁移。

  在大脑皮层的发育过程中,新生的神经元需要迁移到达指定的位置进行环路的连接,这一过程对于大脑皮层的形成非常重要。微管作为细胞内一种主要的细胞骨架成分,在神经元的迁移过程中发挥着重要的作用。微管的动态性受多种微管蛋白翻译后修饰的调控。研究组前期的研究工作发现,α微管蛋白第40位赖氨酸上的乙酰化修饰在神经系统发育过程中发挥重要的作用,α微管蛋白乙酰化的缺失会引起皮层神经元迁移的缺陷,并导致神经元出现过度生长和分支的表型(Li et al, J Neurosci, 2012; Wei et al, Cereb Cortex, 2018)。已有研究表明,在α微管蛋白乙酰化修饰的同一位点上还存在着由SETD2催化的三甲基化修饰,但关于α微管蛋白三甲基化修饰对微管功能的调控机制及其在神经系统发育过程中的作用还知之甚少。

  在本研究中,研究团队首先制备了特异性识别微管蛋白三甲基化修饰的抗体,通过该抗体检测到微管蛋白在小鼠胚胎期第14天和第16天的大脑皮层中处于高甲基化状态。SETD2的敲减会影响皮层神经元由多极向双极状态的转换,从而导致神经元迁移的缺陷,在原代培养的神经元中敲减SETD2也会影响神经元极性的建立,以上表型可以通过表达细胞质定位的SETD2截短体和模拟三甲基化形式的微管蛋白突变体得到恢复,表明α微管蛋白三甲基化修饰在神经元的极化和迁移过程中发挥重要的作用。在机制研究方面,发现三甲基化的α微管蛋白更倾向于分布在聚合状态的微管上,并可以通过促进微管蛋白的成核使神经元中产生足够数量的微管来完成极性的建立和转换。进一步的研究还发现,发生在同一位点上的α微管蛋白的三甲基化和乙酰化修饰之间存在竞争性的交互调节,α微管蛋白乙酰化缺失时三甲基化修饰水平升高,可能代偿了乙酰化修饰在大脑皮层发育过程中的作用。本研究首次揭示了α微管蛋白三甲基化修饰在神经系统发育过程中所发挥的作用及其机制,有助于拓展和加深对于神经元中微管组装和动态性调节的理解。

        国家模式与特色实验细胞资源库为该项研究的开展提供了人胚肾细胞HEK293、小鼠神经母细胞瘤细胞Neuro-2a、大鼠/小鼠神经元融合细胞ND7/23 cell等多种实验细胞资源。近几年来,平台以用户需求为导向,及时开展资源的针对性收集和目的性保藏,为重大科学研究和高水平科研成果提供资源和技术支撑。

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α微管蛋白三甲基化修饰通过促进微管形成调控神经元的极化和迁移


新闻链接:http://cemcs.cas.cn/kyjz/202107/t20210705_6127300.html

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