Golgi蛋白Arf1与ARFGEF2/Sec71通过锚定非肌肉肌球蛋白II调控神经母细胞极性的机制研究

本研究揭示了Golgi蛋白Arf1及其鸟苷酸交换因子Sec71/ARFGEF2通过调控磷脂依赖性非肌肉肌球蛋白II（Sqh）的皮层定位，维持果蝇神经母细胞极性及不对称分裂的分子机制。作者发现Arf1能直接结合PI(4)P等磷脂，并与PITP蛋白Vibrator互作，共同促进Sqh在细胞皮层的锚定，为神经发育障碍（如皮质发育畸形）提供了新的病理机制解释。

　　

Golgi蛋白Arf1与Sec71调控神经母细胞极性的分子机制

Significance
神经干细胞的不对称分裂是维持细胞多样性和组织平衡的关键过程，其失调可能导致神经发育障碍。本研究以果蝇幼虫神经母细胞为模型，揭示了Golgi蛋白Arf1及其鸟苷酸交换因子Sec71通过调控非肌肉肌球蛋白II（Sqh）的皮层定位，建立细胞极性的新机制。这一发现为理解神经母细胞分裂和大脑发育的分子基础提供了重要线索。

Arf1与Sec71控制神经母细胞谱系发育
研究团队通过谱系追踪发现，敲低arf1或sec71会导致I型和II型神经母细胞克隆体积显著缩小，伴随神经节母细胞（GMC）和中间神经前体细胞（INP）数量减少。值得注意的是，约16-23%的突变克隆出现神经母细胞丢失或异位增殖现象，提示Arf1/Sec71功能缺失可能引发肿瘤样表型。通过温度敏感型tub-Gal80^ts系统特异性表达显性负突变体Arf1^T31N和Sec71^DN，研究者证实这些表型具有基因特异性，且可被野生型回补救。

极性蛋白定位的时空调控
在arf1/sec71缺陷的神经母细胞中，顶端极性复合物（aPKC、Bazooka、Par6）和基底蛋白（Miranda、Numb）的定位发生显著紊乱。活体成像显示，59%的arf1 RNAi和50%的sec71 RNAi神经母细胞在中期出现aPKC从顶端皮层向胞质的异常分散。有趣的是，尽管多数突变细胞在末期能通过"末期拯救"机制部分恢复极性，仍有21-27%的细胞持续存在蛋白定位缺陷，导致子代细胞体积比从正常的2.1倍降至1.6-1.8倍。

非肌肉肌球蛋白II的调控网络
研究团队发现Sqh在arf1/sec71突变神经母细胞中呈现明显的皮层定位缺失：64.4%的arf1 RNAi和70%的sec71 RNAi细胞在中期丧失Sqh皮层聚集，54.8-63.2%的细胞在末期无法在收缩环富集。通过双分子荧光互补（BiFC）和邻近连接分析（PLA），研究者证实Arf1-GDP形式能与Sqh直接结合，而GAP蛋白ASAP的敲低重现了类似表型，提示Arf1-GDP-Sqh复合物具有功能重要性。

磷脂代谢与膜定位机制
脂质结合实验显示Arf1能特异性结合PI(4)P、PI(4,5)P₂等磷脂。使用PI(4)P-GFP报告系统发现，arf1/sec71缺陷导致44%的细胞出现PI(4)P胞质聚集，且收缩环处的PI(4)P富集程度降低3.1倍至1.4-1.8倍。值得注意的是，磷脂酰肌醇转移蛋白Vibrator能与非核苷酸锁定形式的Arf1互作，而苯胂氧化物（PAO）处理可破坏Arf1-Sqh的膜定位关联。

讨论与展望
该研究建立了Golgi-磷脂-肌球蛋白轴调控神经母细胞极性的新范式：Arf1/Sec71通过调控PI(4)P的膜分布，促进Sqh的皮层锚定，进而维持不对称分裂的精确性。这一机制不仅解释了ARFGEF2突变导致人类皮质发育畸形的病理基础，也为研究其他细胞类型的极性建立提供了新思路。未来研究可进一步探索Arf1在不同膜区室的动态转换，以及其与微管骨架的协同调控机制。