细胞分裂中的“交警”蛋白

生物通,2012-07-15

交警顶着炎炎烈日，站在繁忙的十字路口指挥车流，科学家发现这样的日常场景在细胞中有一个分子版。德国海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)的科学家发现，在细胞分裂的关键步骤中，Lem4蛋白能阻止一个分子前行而让另一个分子通过，从而指挥核被膜NE重建。该文章发表在7月6日的Cell杂志上。

胚胎成长或者组织再生，都需要细胞分裂。当我们的细胞一分为二时，细胞核外的膜（核被膜NE）会瓦解，并在染色体分离后重建。这一核被膜重新装配的过程，需要BAF蛋白的去磷酸化。而通过磷酸化或者去磷酸化来改变一个蛋白的磷酸化水平，就需要对负责添加或去除磷酸基团的蛋白活性进行调控。EMBL的研究人员发现新分子Lem4在这一过程中作为交警，阻止蛋白为BAF添加磷酸化标签，而引入另一个蛋白来去除BAF已有的磷酸化标签。

“这一过程在人类细胞和线虫中都存在，应该是很久以前就进化完成的机制，”领导EMBL这项研究的Iain Mattaj说。

研究人员结合遗传学和生化研究方法，发现尽管线虫LEM-4L蛋白与人类Lem4蛋白的差别显著，它们都在细胞分裂后期执行着相同的双重任务。Mattaj及其同事认为单个分子阻止标签添加的同时促使标签去除的这一策略，可能被许多与磷酸化有关的细胞过程采用，如细胞的生长和分裂或者环境向细胞内的信号传递。

核被膜的分解是由多种磷酸化事件促成的，而人们还几乎完全不了解核被膜重建的去磷酸化调控机制。有丝分裂中BAF蛋白的磷酸化会降低其与染色质以及内层核膜蛋白LEM家族的亲和力，缺乏BAF介导的染色质-核被膜连接会导致核被膜分解。在有丝分裂末期，BAF蛋白必须重新将染色质和LEM蛋白连接起来，以便重建核被膜。

研究发现BAF去磷酸化需要线虫蛋白LEM-4L和人类同源蛋白Lem4（也称为ANKLE2）。在体内和体外实验中，Lem4/LEM-4L蛋白能抑制BAF的有丝分裂激酶VRK-1。此外，Lem4/LEM-4L与PP2A蛋白的相互作用，也是有丝分裂末期BAF去磷酸化所必须的。通过调节VRK-1和PP2A介导的BAF信号传导，Lem4/LEM-4L以一种进化保守的方式，控制核被膜在有丝分裂后期的重新形成。

有丝分裂中，Lem4蛋白在适当的时候开始其双重作用非常重要，研究人员认为对这一机制进行深入研究将很有意义。