EB1蛋白在调节微管动态_纺锤体定位和染色体稳定性中的作用

EB1蛋白在调节微管动态_纺锤体定位和染色体稳定性中的作用 ()第 35 卷 专 辑 Vol . 35 Sup . 自然科学版陕西师范大学学报 ( )2007 年 11 月Nov. 2007 Jo ur nal of Shaanxi No r mal U niversity Nat ural Science Editio n () 文章编号 :167224291 2007Sup . 20095204 EB1 蛋白在调节微管动态 、纺锤体定位和 染色体稳定性中的作用 1 31 ,2 3 1 恒 樊玉芳,姚南,陆玉建,刘 (1 兰州大学 生命科学学院 ; 2 甘肃省疾病预防控制中心 ; )3 兰州大学第一医院 , 甘肃 兰州 730000 ( ) 摘 要 : EB1 t he end2binding p rotein 1蛋白家族是一群广泛存在且高度保守的微管相关蛋白 ,存 在于从酵母到人类的广泛的生物体中 . 它与微管正极和中心体结合 ,参与了绝大部分基于微管的生 理过程 ,包括 :维持细胞极性 ,调节染色体稳定性 ,有丝分裂纺锤体的定位 ,将微管锚定到成核位点. 自从 1995 年 ,Su 等人在人细胞中发现了 EB1 基因 ,各种生物体中 EB1 的同源物质被相继报道. 十 年来 ,人们通过对不同生物体的研究 ,试图揭开 EB1 在细胞中的分布以及它的生理功能. 然而到目 前为止 ,对于 EB1 的了解还非常有限. 本文结合国外的研究成果 ,对 EB1 蛋白在调节微管动态 、纺 ( ) 锤体定位和染色体的稳定性方面以及它与 A PC t he adeno mato us polypo sis coli之间的相互作用作 以综述. 关键词 : EB1 ; 微管动态 ; 染色体稳定性 ; A PC 中图分类号 : Q51 文献标识码 : A EB1 modulate microtubule dyna mics , spin dle l ocal izat ion an d chromosome ma intenance 1 ,2 3 1 1FAN Yu2f ang, YAO Nan, L U Yu2jian, L IU Heng (1 College of Life Science , L anzho u U niversity ; 2 Gansu Center fo r Disease Co nt rol and Preventio n ; )3 The First Ho spital , L anzho u U niversit y , L anzho u 730000 , Gansu , China Abstract : EB1 p roteins are ubiquito us microt ubule2associated p roteins. The EB1 f amily rep resent s a highly co nserved gro up of p roteins , p resent s in f ro m yeast to humans , binds microt ubule plus2ends and cent ro so me. EB1 p roteins are implicated in mo st M T2based p rocesses , including maintenance of cell polarit y , regulatio n of chro mo so me stabilit y , po sitio ning of t he mitotic spindle , and ancho ring of M Ts to t heir nucleatio n sites . All kinds of ho mologies of EB1 have been repo rted since Su et al . fo und EB1 gene in human in 1995 . During ten years , people t ry to understand t he dist ributio n and f unctio n of EB1 in different o rganisms. However , up to now , o ur knowledge of EB1 is still limited . Co mbined wit h t he result s of research abroad , in t his review , we focus o n t he f unctio ns of EB1 p roteins in w hich regulates microt ubule dynamics , cell polarit y , chro mo so me stabilit y and o n t he p hysical interactio n () wit h t he adeno mato us polypo sis coli A PCt umo r supp resso r p rotein . Key words : EB1 ; microt ubule dynamics ; chro mo so me stability ; A PC 1 EB1 蛋白通常由 506 个氨基酸组成 ,分子量约 A PC 蛋白羧基末端作用. EB1 蛋白由保守的氨基 2 ,3 57 kDa , 属 于 中 等 酸 性 的 亮 氨 酸 拉 链 蛋 白 , 能 与末 端 和 羧 基 末 端 结 构 域 组 成. Hayashi 和 收稿日期 :2007203215 作者简介 :樊玉芳 ,女 ,主管医师 ,硕士 ,主要从事细胞生物学及预防医学方面的研究. 4 Ikura用 X2ray 晶体学方法了 EB1 的 N2端结2 EB1 蛋白的功能 构 域 , 发 现 它 包 含 一 个 钙 结 合 蛋 白 同 源 结 构 () ( calpo nin ho mology , CH域 hm EB1 中的 12133 氨 2 . 1 EB1 调节微管的动态 5 ) 基酸, 负 责 结 合 微 管. Ho nnappa研 究 了 EB1 的 微管对于细胞内的物质运输 ,细胞形态的维持 , ( ) C2末端 EB12C的晶体结构 ,结果显示 , EB12C 很可 细胞极性以及染色体分离都具有重要的作用 . 细胞 能是由一个卷曲螺旋和四个螺旋束组成的同源二聚 内的微管网络是高度动态的 ,这样使得微管骨架对 6内部或者外部信号可以做出反应 ,快速重排 ,这种行 ) ( . EB12C hm EB1 中的 2092254 氨基酸与亮氨 体 ( ) 为称作动态不稳定性 dynamic instabilit y. 动态不 酸拉链基序部分重叠 ,有人也称之为卷曲螺旋结构 3 ,5 ( ) ( 稳定性是用生长率 growt h rate,缩短率 shrinkage 域 ,可以结合 A PC. 但 EB1 蛋白详细的分子结构 ) rate以 及 生 长 和 缩 短 之 间 转 换 的 频 率 : 拯 救 目前还不知道. 当前 , 在已检测的生物中都发现有 ) ( ) ( rescue和灾变 catast rop he来描述. 当有丝分裂启 EB1 蛋 白 的 存 在. 基 因 组 测 序 明 , 芽 殖 酵 母 动时 ,微管动态的增加促进了中期染色体的定向与 ( ) bu d di n g yeast 中存在单一的 EB1 基因同源序列 [ 7 ] [ 8 ] 排列 ,而且微管动态的进一步改变 ,对于末期促使染 ( ) bi m 1 ; 裂殖酵母 f ission yeast 中则为m al 3 + ; 色体分离及纺锤体增长具有重要作用 . 通过突变微 ( ) 线虫 Caenorh habdi t is elega ns 有两个 EB1 相关基 管正极末端相关联的蛋白 ,或者使用添加药物抑制 ( ) 因 ; 而 果 蝇 D rosop hi l a m el a nogaste r 至 少 有 三 个 微管动态 ,可导致染色体排列和分离失败. 微管正极 9 EB1 家族成员;人类的 EB1 基因数目还不清楚. 的组 装/ 去 组 装 动 态 变 化 能 够 被 微 管 相 关 蛋 白 () MA Ps和马达蛋白所调节 , 它们被称为正极末端1 EB1 蛋白的细胞定位 15 ( ) 结合蛋白 + T IPs,这些蛋白和微管正极连接或 EB1 是一个微管结合蛋白 ,一般优先和快速生 10 ,11 者非常靠近微管正极. 许多现象表明在有丝分裂过 长的微管正极结合. Jo rdi Chan 等人用绿色荧 光蛋白作标记来研究 At EB1a 在拟南芥细胞中的定 程中这些蛋白通过形成一个复杂的蛋白网络来控制 位 ,发现在间期 , 微管从分散于皮质的大量位点长 微管动态变化 . 缺乏 Bim1 的酵母虽然能够生存 ,但 出 , 正 极 形 成 特 征 性 的 彗 星 状 结 构 , 这 可 能 是 它们的胞质微管较野生型短 ,并且在动态不稳定性 At EB1a2GF P 与微管相互作用的结果. 随着分裂期 16 12 方面显示异常 , 尤其在 G1 期. Tir nauer 等人的开始 ,分散的微管生长点被核周所替代 , At EB1a Δ 发现在 Bim1细胞中 ,聚合和解聚两个状态间的转 仍然定位于微管正极 . 末期 , EB1 主要位于两个位 换很少 ,微管解聚变慢 ,生长停滞 ,更长时间保持静 置 :子核周围和成膜体中间带. 在酵母中 ,过表达的 GF P2Bim1p 定位于整个微管骨架 , 包括纺锤体 , 纺 () 止状态. 果蝇 EB1 Dm EB1缺失最重要的影响是微 7 ( ) 锤体 极 体 芽 殖 酵 母 的 中 心 体和 胞 质 微 管. 然 管 在 大 部 分 时 间 处 于 静 止 状 态. 这 个 结 果 表 明 , 而 ,当由 Bim1 启动子驱动内源水平表达时 , EB1 仅 Dm EB1 促进了微管的动态变化. 因此 , EB1 可作为 12 局限于微管正极和纺锤体极体. 在果蝇细胞的分 一个抗停因子使微管正极末端保持一个动态的平衡 裂间期 ,Dm EB1 也显示出彗星状的着色方式 ,越靠 状态 ,适合于搜寻和捕获过程 ,可以确保微管正极有 近微管的正极密度越大 ;在有丝分裂期中期 ,星体微 效地寻找到他们的结合位点.管正极的定位尤为显著 ;到了末期 , EB1 则富集于分 13 EB1 是如何调节微管 动 态 的 呢 ? Kino shita 等 离染色体的极间微管束. EB1 参与微管锚定的 14 作用机理现在还不十分清楚. Yan 等人在对最近 曾经 报 道 了 一 对 微 管 调 节 蛋 白 XMA P2215 和 鉴定的两个中心体成分 CA P350 和 FO P 研究之后 X KCM1 , 在体外足以使微管获得生理状态下动态 认为 ,这两者形成一个复合物 ,负责将微管锚定在中 不稳 定 性. 在 Dict yo stelium 中 已 经 证 实 Dd EB1 与 心体上. FO P 同时又与 EB1 结合并且负责将 EB1 XMA P2215 共定位于微管正极 、中心体和动粒 ;两个 同中心体连接 . 当通过 si RNA 使 EB1 缺失时 , 这些 蛋白又是同一个胞质蛋白复合物的成分 ,更说明两 细胞 表 现 出 紊 乱 的 微 管 排 列 , 这 与 在 CA P350 或 17 FO P 缺失突变体中观察到结果非常相似 . 因而 , EB1 者共同作用调节微管的动态不稳定性. 研究认为 对于锚定胞质微管负极是十分重要的 . EB1 还有可能通过另外两个途径增加微管的动态 性 : ?已发现处于生长和缩短期的微管的末端结构 明显不同. 由于观察到 Bim1p 可大量富集在微管末 端 ,因而推测 Bim1p 降低了微管正极生长与缩短结 构之间的能障 . ?Bim1p 能够加快生长率的机制可 专 辑 樊玉芳 等 : EB1 蛋白在调节微管动态 、纺锤体定位和染色体稳定性中的作用 97 能是通过改变微管蛋白的 GTP 酶活性来实现的. 酸化所消 除 , 磷 酸 化 干 扰 的 正 是 C2A PC 结 合 EB1 22 2 . 2 EB1 对纺锤体定位的作用的能力. 因此 EB12A PC 的相互作用在调节微管 聚合方面扮演着重要的角色. 微管正极和细胞皮质相互作用对于有丝分裂纺 ( 锤体正 确 定 位 以 及 功 能 是 重 要 的 , Schuyler SC , A PC2EB1 的相互作用在有丝分裂过程中对于 18 ) Pellman D , 2001. Adames 和 Cooper 将 活 体 酵 纺锤体微管的变化有重要的调节作用 . 在家族性和 散发性的结肠癌中 ,A PC C2末端的断裂能影响他同 母细胞中将纺锤体定位分为两个连续的过程 . 第一 23 步 ,纺锤体向芽颈运动 ,Bim1p 是参与这一过程的主 微管的 直 接 的 联 系 . Green 等 人已 经 证 明 引 起 () 要成分. 在芽殖酵母有丝分裂期间 , Bim1 定位于星 A PC 断裂的癌症 A PC121450主要干扰有丝分裂期 体微管正极 ,增加微管动态和长度 ;当生长微管到达 纺锤体的功能 ,提示 A PC 能够调节有丝分裂期的微 管动态. 他 们 进 一 步 研 究 了 A PC 突 变 体 干 扰 EB1 芽皮质 , Bim1 与皮质蛋白 Kar9 作用 , 在微管末端 与芽之间形成连接. 将有丝分裂纺锤体锚定到芽上. 的情况 ,发现 A PC 和 EB1 表达受到抑制时 ,都引起 与那些表达 A PC121450 的细胞非常相似的纺锤体 确保了正确的染色体从母体中的分离. 第二步 ,胞 质微管沿着芽滑动 ,将核推进狭窄的芽颈. 这个过程 和染色体分离的缺陷. 随后的研究表明 ,A PC121450 要求马达动力蛋白和相关的肌动蛋白复合物的参 作为一个主要的副调节物 ,通过与全长的 A PC 形成 16 ,19 与. 在正常的有丝分裂中 ,纺锤体定位于细胞 一个异二聚体 ,阻止他同 EB1 相互作用. EB12A PC 与肿瘤细胞发生的关系. 在大多数人的几何中心 ,在缺乏 EB1 的细胞中 , 却常常偏离这 个中心. 失去 EB1 的功能可引起有丝分裂纺锤体的 结肠癌中 , EB12A PC 之间的相互作用被破坏. 失去 13 24 错误定位. 这一作用能够引起染色体的不稳定性. 染色体不 稳定是癌症的主要缺陷 , 那么 , EB12A PC 相互作用 2 . 3 EB1 对染色体分离的作用 在调节染色体分离中是否扮演重要角色 ? EB1 与附 Dm EB1 缺失的果蝇胚胎 ,它的有丝分裂期细胞 显示出 后 期 纺 锤 体 延 长 和 染 色 体 分 离 缺 陷. 说 明 着着微管的动粒相作用 ,定位于正极与动粒之间 ,在 A PC 的参与下 , EB1 调节动粒微管和动粒之间的结 Dm EB1 对于后期染色体正确的分离是需要的. 最简 单的解释是纺锤体的延长受到严重的削弱 ,以至于 合 . 在没有 A PC 的细胞中 , EB1 包被的微管末端不 染色体向极的运动不足以使他们分离 . 在哺乳动物 能够定位到动粒 ,而且缺乏 A PC 的胚胎干细胞显示 24 细胞中 ,有证据证明 A PC2EB1 的存在能够让微管正 异倍 性. 在 固 定 细 胞 中 A PC 定 位 于 动 粒, 说 明 A PC 的确参与了动粒与微管之间的连接. 关于这两 极捕获动粒 ,从而保证染色体的正确分离 . Draviam ( ) V M 在分析了六个动粒微管相关蛋白 kMA Ps后发 种蛋白的相互作用与肿瘤细胞的关系 ,现在已经有 现 , EB1 和 A PC 的缺失可导致中期姊妹染色单体 很多新的研究成果. 许多成果证明 EB12A PC 作用的 的定向错误 , 并且由 EB1 或 A PC 缺失所产生的动 缺失会引起肿瘤细胞的发生. 可以预测 EB1 和 A PC 家族的其他成员在正常的发育过程中也起着重要的 粒功能上的错误还可能引起染色体错误地分离 ,但 作用. 这些错误纺锤体检验点根本无法探测到 ,结果产生 了小部分的染色体丢失 ,这会造成异倍体及肿瘤发3 展望 20 . 生 对于缺乏 EB1 蛋白的多种生物体功能的研究 2 . 4 EB1 与 APC 的相互作用 , EB1 在微管的“搜寻与捕获”、细胞极化和染色 证实 EB1 最为显著的特点是可以和 A PC 相互作用 , 人类 EB1 就是作为和 A PC C2末端相互作用蛋白而 体稳定性等几个方面起着非常重要的作用. 在那些 被发现. 需要推迟细胞分裂以便纠正纺锤体定位错误的细胞 EB1 和 A PC 之间的相互作用对于微管聚合方中 , EB1 可能也参与了细胞周期检验点的活动. 另面表现出潜在的协同作用 , EB1 或 A PC 单独都不具 外 , EB1 与肌动蛋白相互作用 , 成为细胞内复杂的 有这个作用. 一般认为 , EB1 将 A PC 定位到微管正 微管行为的动力来源 ,这对于细胞发育和细胞迁移 极 , 由 此 A PC 促 进 了 微 管 的 聚 合 . Nakamura 等 是十分重要的 . 虽然研究人员对于 EB1 进行了大量 21( ) 证实 ,在 A PC C2末端 EB1 的结合域 C2A PC 卓有成效的工作 ,但许多关于 EB1 功能的具体问题 人 存在时 ,细胞中的 EB1 强烈的促进微管聚合 . 值得 还不十分清楚 : EB1 如何具体调节微管动态和影响 15 染色体分离 ? EB12A PC 的相互作用在癌症发生中 注意的是 , C2A PC 的活性又被 p 34cdc引起的磷 13 Ro gers S L , Rogers G C , Sharp D J , et al . Drosop hila 起着怎样的作用 ,机制如何 ? EB1 对于肌动蛋白和 EB1 is important for p roper assembly , dynamics , and 动力蛋白的功能是重要的吗 ? 针对 EB1 的特异性 positio ning of t he mitotic spindle J . J . Cell Biol . , 药物在癌症的治疗中有作用吗 ? 进一步阐明这些问 2002 , 158 : 8732884 . 题 ,将会是未来研究的重点和热点. 14 Yan X , Habedanck R , Ni gg E A. A co mplex of t wo 参考文献 :cent roso mal p roteins , CA P350 and FO P , cooperates wit h 1 Su L K , Burrell M , Hill D E , et al . A PC binds to t he EB1 in microt ubule anchoring J . Mol . Biol . Cell . , novel p rotein EB1 J . Cancer 2 Res. , 1995 , 55 : 2 972 () 2006 ,17 2:6342644 . 2 977. 15 Carval ho P , Tirnauer J S , Pellman D. Surfin g o n 2 Tirnauer J S , Bierer B E. EB1 p roteins regulate microt ubule ends J . Trends Cell Biol , 2003 , 13 : 229 2 microt ubule dynamics , cell polarit y , and chro moso me 237 . 2766 . stabilit yJ . J . Cell . Biol . , 2000 ,149 : 761 16 Carminati J L , Stearns T. Microt ubules orient t he mitotic 3 Bu W , Su L K. Characterizatio n of f unctio nal do mains of spindle in yeast t hrough dynein2dependent interactio ns human EB1 family p roteinsJ . J Biol Chem , 2003 , 278 : wit h t he cell cortex J . J . Cell . Biol . , 1997 ,138 : 629 2 49 721249 731 . 641 . 4 Ha yashi I , Ikura M . Crystal st ruct ure of t he amino2 17 Rehber g M , Gr ? f R. Dictyostelium EB1 is a genuine terminal microt ubule2binding do main of end2binding p rotein cent roso mal co mpo nent required for p roper spindle ( ) EB1J . J . Biol . Chem. , 2003 , 278 : 36 430 236 434 . formatio n J . Mol . Biol . Cell . , 2002 , 13 : 2 2 3015 Ho nna ppa , S , Jo hn C M , Kost rewa D , et al . St ruct ural 2 310. insight s into t he EB12A PC interactio n J . EMBO J . , 18 Schu yler S C , Pellman D. Search , cap t ure and signal 2005 , 24 : 872 . games microt ubules and cent roso mes play J . J . Cell 6 Ha yashi I , Wilde A , Mal T K , et al . St ruct ural basis for Sci . , 2001 ,114 :2472255 . t he activatio n of microt ubule assembly by t he EB1 and 19 Adames N R , Coo per J A. Microt ubule interactio ns wit h ( ) p150 Glued co mplex J . Mol . Cell . , 2005 , 19 ; 19 4 : t he cell cortex causing nuclear movement s in 449260 . Saccharo myces cerevisiae J . J . Cell Biol . , 2000 , 149 : 7 Schwartz K , Richards K , Bot stein D. B IM1 encodes a 8632874 . microt ubule2binding p rotein in yeast J . Mol . Biol . Cell , 20 Draviam V M , Sha piro I , Aldridge B , et al . 1997 , 8 : 2 67722 691 . Misorientatio n and reduced st retching of aligned sister 8 Beinhauer M . t he fissio n yeast ho mologue of t he human kinetochores p ro mote chro moso me missegregatio n in 2interacting p rotein EB21 is required for microt ubule A PCEB12 or A PC2depleted cells J . EMBO J . , 2006 , 25 integrit y and t he maintenance of cell form J . J . Cell . () 12:2 81422 827 . () Biol . , 1997 , 139 3:717228 . 21 Nakamura M , Zhou X Z , L u K P. Critical role for t he 9 L u B , Roe giers F , J an L Y , et al . Adherens junctio ns EB1 and A PC interactio n in t he regulatio n of microt ubule inhibit asymmet ric divisio n in t he Drosop hila epit helium polymerizatio n J . Curr . Biol . , 2001 ,11 : 1 062 21 067 . J . Nat ure , 2001 ,409 :522 2525 . 22 Askham J M , Mo ncur P , Mar kham A F , et al . 10 Chan J , Calder G M , Doo nan J H. Lloyd CW EB1 Regulatio n , and f unctio n of t he interactio n bet ween t he reveals mobile microt ubule nucleatio n sites in Arabidop sis A PC t umor supp ressor p rotein , and EB1 J . Onco gene , () J . Nat . Cell . Biol . , 2003 ,5 11:9672971 . 2000 ,19 :1 95021 958 . 11 Chan J , Calder G , Fo x S , et al . Localizatio n of t he 23 Green R A , Wollman R , Ka plan K B . A PC and EB1 microt ubule end binding p rotein EB1 reveals alternative f unctio n toget her in mitosis to regulate spindle dynamics pat hways of spindle develop ment in Arabidop sis and chro moso me alignment J . Mol . Biol . Cell , 2005 , ( ) suspensio n cells J . Plant Cell , 2005 , 17 6 : 1 73721 () 16 10:4 60924 622 . 748 . 24 Fodde R. Mutatio ns in t he A PC t umour su pp ressor gene 12 Tirnauer J S , O ’Toole E , Berrueta L , et al . Yeast cause chro moso mal instability J . Nat . Cell Biol . , Bim1p p ro motes t he G12specific dynamics of microt ubules 2001 , 3 : 4332438 . J . J . Cell . Biol . , 1999 ,145 : 993 21 007 . 〔责任编辑 王 勇〕