APC蛋白复合体在发育中的双重作用

　　

    [生物通讯]加州大学圣地亚哥分校的生物学家发现，动物胚胎第一体轴的发育与一个人们久已知道与细胞分裂有关的蛋白复合体密切相关。第一体轴规定动物的内外胚层，是精子进入卵子时引起的。

   这项发现作为封面文章发表在2002年2月期的《发育细胞》（Developmental Cell）杂志上，胚层－－如肌肉、内脏和生殖器官等的更完整的分子图景。

  “我们发现的是细胞如何分化，最终发育成胚胎中不同类型组织的机制必需的一部分。”文章的第一作者、加州大学圣地亚哥分校生物系的研究生Chad A. Rappleye说道。“人们早就知道精子进入卵子会促进这些原始的分化。但对于卵细胞是如何设置这些分子差异的，人们几乎一无所知。我们发现这个长久以来一直与另一种非常不同的功能联系在一起的蛋白复合体，对于细胞安置这些不同的分子差异是必需的。

   这个蛋白质复合体称为促进细胞后期分裂复合体（Anaphase-Promoting Complex，APC)，它似乎在细胞中扮演着两种完全不同的角色。生物学家早就知道APC，如它的名字所示，它在细胞分裂周期中起着促使细胞分裂通过中期向后期转变的作用。但现在，它似乎在胚胎发育中也起着核心作用。

   “我们的发现有助于解释为什么APC是一个如此巨大的复合体，这是因为它有着多重作用。”该研究的领导人、加州大学圣地亚哥分校的生物学助教Raffi V. Aroian说道。“进化使该蛋白复合体卷入细胞周期复杂的行进过程，又使它驱动单细胞胚胎的分裂，走向两种截然不同的命运：生物体的内胚层和外胚层。

   研究小组成员还包括Aorian实验室的研究生Akiko Tagawa、俄勒冈州立大学的生物学教授Bruce Bowerman、以及Bowerman实验室的博士后研究人员Rebecca Lyczak。他们通过一系列在线虫突变体中进行的辛勤实验揭开了APC在胚胎发育中的作用。

   经过两年的时间，Rappleye发现了APC功能减弱的线虫突变体，并证明APC蛋白复合体帮助精子将PAR-3蛋白从胚胎的一个区域移走，这样另一个不同的蛋白PAR-2就能与这一区域结合。因此，PAR-3出现在胚胎的一端，而PAR-2则出现在另一端，使胚胎两端出现根本的差异，因此，单细胞胚胎就分裂成一对不均衡的子细胞。大一点的子细胞发育成生物体的外胚层，小一点的发育成内胚层。这类蛋白之所以称为PAR，是因为编码这类蛋白的基因的突变形式会导致生殖细胞的核外粒体的分配发生错误，健康胚胎中，所有这些粒体都应分配到最先分裂出的两个子细胞中较小的一个。

   这一过程可从Rappleye拍摄的一系列线虫精子DNA（箭头所指）进入正常卵细胞（见右图）和APC功能减弱的卵细胞（见左图）时的图片看到。正常胚胎中的APC将PAR-3蛋白（蓝色）从精子的进入点移走，导致PAR-3和 PAR-2蛋白（红色）分布的不均衡，有丝分裂的纺锤丝（绿色）向PAR-2的一端转移。当APC功能在突变胚胎（左图）中削弱时，细胞分裂成两个大小相同的子细胞，有丝分裂纺锤丝仍位于细胞中心。

   除了使发育生物学家更加了解胚胎发育最早期阶段的生物化学和遗传学特征，这项发现还可能激发科学家寻找细胞中其它具有双重作用的蛋白。

  “普通细胞器能够在发育的特殊过程中起着直接的作用，这个见解为我们打开了一条新思路。”Aroian说。”它改变了细胞和发育生物学家的思维倾向。但从细胞的角度而言，这一机制是完美的。细胞不必为发育形成一个全新的细胞器。它们可以利用其它已有特殊作用的细胞器。

生物通摘译自BIO.COM