百人博士刘佳佳MboC文章解析囊泡运输机制

　　

生物通报道  近日来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的研究人员在在神经营养因子受体TrkB囊泡运输机制研究中取得新进展，相关研究成果于2011年8月17日在线发表于美国细胞生物学会会刊Molecular Biology of the Cell上。

中国科学院遗传与发育生物学研究所分子发育中心刘佳佳研究员，其早年毕业于武汉大学，后赴芝加哥大学和斯坦福大学攻读博士及博士后，2006年入选中科院“****”。主要研究方向为以培养神经元以及小鼠为模型，研究细胞内逆向膜运输和相关人类神经系统疾病的分子机制。刘佳佳实验室博士研究生付秀萍为该论文的第一作者，该研究得到了中国科学院、科技部和国家自然科学基金委的资助。

神经营养因子家族成员BDNF是调控高等动物中枢神经系统发育与稳态的重要信号分子，通过结合神经元细胞膜表面受体TrkB调节神经元的发育、分化、功能维持以及突触可塑性。BDNF的结合诱导TrkB形成二聚体并发生自体磷酸化，其磷酸化位点将募集下游效应因子，从而激活下游信号通路。BDNF-TrkB信号复合体通过细胞内吞进入神经元细胞，继而形成运输囊泡并继续调控多条信号通路。在过去的研究人员，刘佳佳课题组人员借助在PC12培养细胞系中的研究初步阐明了主要作用于外周感觉神经元的神经营养因子NGF及其受体TrkA的囊泡运输调控信号转导的机制。然而由于对于中枢神经元的研究缺乏相应的培养细胞模型，BDNF-TrkB信号囊泡运输对下游信号通路进行时空特异性调节的分子细胞机制尚未阐明。

在这篇新文章中，研究人员在对一个神经系统特异表达的新颖膜蛋白retrolinkin的功能研究中发现，在小鼠海马神经元中敲降该基因导致神经树突生长不良。继而发现敲降retrolinkin或它的互作蛋白endophilin A1,均可阻断BDNF诱导的树突发育。进一步研究发现，BDNF-TrkB的内吞需要retrolinkin活性。通过一系列细胞生物学及生物化学实验，刘佳佳实验室证明，被BDNF活化的TrkB受体(pTrk)内吞囊泡经由retrolinkin介导的APPL1囊泡运输途径形成具有信号转导活性的early endosome。retrolinkin将endophilin A1募集到pTrk信号囊泡上，而MAPK家族成员ERK在early endosome上的快速激活依赖于retrolinkin和endophilin A1介导的pTrk内吞运输途径。与之对照的是，无论ERK的持续性激活或另外两条BDNF-TrkB调控的信号通路Akt及pLCg都不依赖于retrolinkin和endophilin A1。

这些发现揭示了在中枢神经元树突中存在一条可以特异性调控ERK快速激活的BDNF-TrkB囊泡运输途径。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Retrolinkin cooperates with endophilin A1 to mediate BDNF-TrkB early endocytic trafficking and signaling from early endosomes

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) binds to its cell surface receptor TrkB to regulate differentiation, development, synaptic plasticity and functional maintenance of neuronal cells. Binding of BDNF triggers TrkB dimerization and autophosphorylation, which provides docking sites for adaptor proteins to recruit and activate downstream signaling molecules. The molecular mechanisms underlying BDNF-TrkB endocytic trafficking crucial for spatiotemporal control of signaling pathways remain to be elucidated. Here we show that retrolinkin, a transmembrane protein, interacts with endophilin A1 and mediates BDNF-activated TrkB (pTrk) trafficking and signaling in central nervous system (CNS) neurons. We found that activated TrkB colocalizes and interacts with the early endosome marker APPL1. Both retrolinkin and endophilin A1 are required for BDNF-induced dendrite development and acute ERK activation from early endosomes. Suppression of retrolinkin expression not only blocks BDNF-triggered TrkB internalization, but also prevents recruitment of endophilin A1 to pTrk vesicles trafficking through APPL1-positive endosomes. These findings reveal a novel mechanism for BDNF-TrkB to regulate signaling both in time and space through a specific membrane trafficking pathway.

作者简介：

刘佳佳

女,博士,研究员，博士生导师。

1991年武汉大学学士； 1994年中国科学院上海细胞生物学研究所硕士； 2000年芝加哥大学 分子遗传及细胞生物学博士；2000-2005在斯坦福大学神经科学系从事博士後研究。2006年入选中科院"****"。

主要研究方向：以培养神经元以及小鼠为模型，研究细胞内逆向膜运输和相关人类神经系统疾病的分子机制。

主要研究内容：

1．逆向运输中动力蛋白对囊泡货物的精确识别及卸载机制。
已知从细胞外周/神经末梢逆向运输到细胞中心/细胞体的货物有多种类型，例如在神经元中包括神经营养因子及其受体形成的signaling endosome及其他内吞小泡、损伤信号、细胞凋亡信号、迁移和导向信号、RNA和线粒体等。驱动逆向运输的动力蛋白dynein/dynactin的某些亚基成分可能通过和介导分子(cargo adaptor)作用，实现对各种货物的识别、长程运输及精确卸载。最近我们发现了一些和dynein/dynactin相互作用，可能参与逆向囊泡货物识别的蛋白质因子。我们将运用细胞生物学和生物化学手段，研究它们在胞内膜运输中的功能，并将建立目标基因的基因敲除小鼠模型，深入探讨它们在囊泡货物识别及释放中的作用。

2．逆向信号传导与囊泡运输相偶联的分子机制。
神经发育（包括分化、形态发生、迁移、轴突导向、突触可塑性和编程性死亡等）及功能维持都依赖于细胞和周围环境的相互作用，正向和逆向信号的接收和传递对于神经细胞实现正常功能至关重要。我们将致力于解析神经发育中囊泡运输调控逆向信号传导时空特异性的分子细胞机制，并将建立目标基因的基因敲除小鼠模型，深入探讨它们在膜运输调控的信号传导以及神经发育与功能维持中的作用。