张明杰院士最新PNAS文章

　　

生物通报道：来自香港科技大学的研究人员发表了题为“Antiparallel coiled-coil–mediated dimerization of myosin X”的文章，发现了肌球蛋白X的一种不同以往认知的，反向平行卷曲-卷曲二聚体结构，研究人员认为这种二聚化也许可以帮助肌球蛋白X在单个和多束肌动蛋白微丝上行走。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

领导这一研究的是香港科技大学张明杰教授（专访文章：张明杰：细胞不对称分裂的奥秘），他的研究方向是神经细胞讯号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机理，曾取得了一系列成果，对于治疗神经系统衰退的疾病，如中风及老年痴呆症等，有着极为重要的影响。2011年当选为中科院院士。

肌球蛋白myosins是真核细胞内的一类分子马达，对细胞的运动与传输起着重要的作用，例如肌球蛋白II就在肌肉收缩和细胞分裂的过程中扮演了重要的角色；肌球蛋白VIIa（MYO7A）就是一类在细胞体内负责运输的分子，它的功能对于人类听力毛细胞和眼睛的发育尤为重要；肌球蛋白X可以帮助发育过程中的神经元与其它神经元建立连接。

研究发现肌动蛋白微丝上的非常规肌球蛋白的进程性运动，一般都需要蛋白二聚体。关于肌球蛋白二聚体，一个被普遍接受的机制就是通过氨基酸残基羧基末端向马达杠杆臂结构域伸展，形成一个平行的卷曲-卷曲二聚体。

在这篇文章中，研究人员发现，肌球蛋白X预测出现的卷曲-卷曲区域形成了一个高度稳定的，反向平行卷曲-卷曲二聚体（anti-CC）。如果通过单点突变，或者用具有相似长度的平行卷曲螺旋替换anti-CC，就会打断anti-CC。

并且在进一步实验中，研究人员发现anti-CC，以及肌球蛋白X单个α螺旋结构域，能通过一个半刚性螺旋连接器连接。

这些实验结果表明，这种anti-CC介导的二聚化也许可以帮助肌球蛋白X在单个和多束肌动蛋白微丝上行走。

关于肌球蛋白X的研究并不多，之前乔治亚医学院发育神经生物学家Wen-Cheng Xiong博士曾发现了myosin X穿行于神经元肌动蛋白丝中。DCC受体是肌动蛋白丝所运输的成分之一，DCC受体合成于细胞核，然后从细胞核移动到细胞质。

在细胞质中，DCC与netrin-1相互作用。netrin-1是一种轴突导向因子，帮助轴突沿正确的方向延伸。在发育过程早期，轴突需要生长和寻找目标，并确定生长的长度和方向，最终形成突触连接。错误的生长会影响大脑的信息传递。肌球蛋白X可以引导DCC受体到达正确的地方，使DCC与netrin-1相互作用。DCC与netrin-1结合后可以活化focal adhesion kinase（FAK），帮助发育过程中的细胞识别运动的方向。这种过程帮助脑细胞相互之间建立连接，穿过的大脑的中线和脊索。

研究人员认为在神经元发育的最后阶段，需要轴突停止生长时，细胞会表达出一种削弱myosin X蛋白的小分子。在神经元发育完成后，myosin X的基本任务即已完成。myosin 上有许多剪切位点，这种典型的大分子可以被切为小分子，抑制轴突生长。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Antiparallel coiled-coil–mediated dimerization of myosin X

Processive movements of unconventional myosins on actin filaments generally require motor dimerization. A commonly accepted myosin dimerization mechanism is via formation of a parallel coiled-coil dimer by a stretch of amino acid residues immediately carboxyl-terminal to the motor’s lever-arm domain. Here, we discover that the predicted coiled-coil region of myosin X forms a highly stable, antiparallel coiled-coil dimer (anti-CC). Disruption of the anti-CC either by single-point mutations or by replacement of the anti-CC with a parallel coiled coil with a similar length compromised the filopodial induction activity of myosin X. We further show that the anti-CC and the single α-helical domain of myosin X are connected by a semirigid helical linker. The anti-CC–mediated dimerization may enable myosin X to walk on both single and bundled actin filaments.

作者简介：
张明杰 香港科技大学生物化学系讲座教授
从事的学科领域: 生命科学与生物技术

主要研究方向: 神经系统结构生物学、NMR、X-ray

现在进行的研究课题: 神经细胞信号传导及发育的结构生物学

获成果/奖励情况:
——国家杰出青年基金
——The Croucher Foundation Senior Fellow Award（2003）
--- 2006年国家自然科学奖二等奖

主要学术贡献创新思想:
张明杰博士1988年复旦大学化学系本科毕业，1993年加拿大Calgary大学生物学系获生物化学博士学位。1994－1995于加拿大安大略癌症研究所从事博士后研究。1995年起任香港科技大学生物化学系助理教授。现为香港科技大学生物化学系讲座教授。研究领域为神经细胞讯号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机理。他的调控神经细胞信号传递及神经系统发育的一系列蛋白质的结构和功能的研究成果，对于治疗神经系统衰退的疾病，如中风及老年痴呆症等，有着极为重要的影响。近年来在Cell, Science, Nature Struct. Biol., Mol Cell, EMBO J., PNAS等杂志发表论文100余篇。仅2011年就发表了1篇Cell, 1篇Science， 2 篇 Mol Cell, 1篇PNAS, 1篇EMBO J. 其培养的学生和博士后有很大一部分已经在世界各地建立了他们独立的研究组。