[发明专利]UNC-51激酶协调调节微管和微丝两种细胞骨架构造并促进肌肉收缩

说明书

技术领域：

本发明属于生物化学，肌肉科学和神经脑科学等领域，提供了有关肌肉细胞的收缩机理的新发现，微管和微丝两个细胞骨架系统各自在构造上以及两者在功能上协调机制的新模式。 

背景技术：

肌肉的肌原纤维主要由细肌丝(肌动蛋白丝，actin filament)和粗肌丝(肌球蛋白丝，myosin filament)构成。作为肌肉收缩的主要机理的肌丝滑动模型(sliding filament model)主张，细肌丝和粗肌丝之间的相对滑动引起了肌肉收缩，但精确的调节机理还不清楚。微管/微丝与它们的传送蛋白之间的精确调节机理是未知的。在神经/肌肉等细胞的形态形成中，微管和微丝两个细胞骨架系统的协同作业是必须的，其精确的调节机理也不清楚。本研究首次揭示UNC-51激酶参与了肌肉的构造和收缩功能的调节，参与了微管/微丝与它们的传送蛋白之间的调节，并提出了微管和微丝两个细胞骨架系统的协同作业新模式。 

发明内容：

本发明的目的在于揭示UNC-51激酶是否直接地参与了肌肉的构造和收缩功能的调节，发现肌肉收缩的新机制；揭示UNC-51激酶参与了微管/微丝与它们的传送蛋白之间的调节，并提出了微管和微丝两个细胞骨架系统的协同作业新模式。本发明的内容为： 

(1)UNC-51激酶既参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造，也参与调节了秀丽线虫的肌肉构造。 

UNC-51激酶既能结合和磷酸化肌动蛋白和肌球蛋白，也能结合和磷酸化微管蛋白和驱动蛋白。如图1所示，野生形秀丽线虫A和C分别显示了连续，完整并有秩序的微管构造和肌肉构造，而unc-51的e369突变体秀丽线虫B和D则分别显示了不连续，不完整并紊乱的微管构造和肌肉构造。这说明UNC-51激酶既参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造，也参与调节了秀丽线虫的肌肉构造。因为UNC-51激酶的保存性，在其他生物中也是存在这种模式的。 

(2)UNC-51激酶促进了肌肉的收缩。 

如图2所示，和无激酶活性的突变UNC-51蛋白加入的左边比色斗(皿)相比，有激酶活性的UNC-51激酶蛋白加入的右边比色斗里的肌动蛋白/肌球蛋白溶液的黏度(viscosity)要大； 这说明UNC-51激酶活性增强了肌动蛋白丝/肌球蛋白溶液的黏性，也意味着促进了肌肉的收缩。 

(3)UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的新竞争协调模式 

如图3所示，我们首次提出UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的新竞争协调模式。UNC-51激酶可解聚细胞周边的微丝，其后释放的微管蛋白聚合成微管，产生对细胞膜的推力；相反地，UNC-51激酶又可解聚其后的微管，其前的肌动蛋白又再聚合成微丝而产生张力以保护细胞膜不被挤破；在这里，我们提议片状伪足或突起的伸出和神经轴突的形成就是按照这样的机制被协调诱导的。受这一机制影响的细胞功能还有细胞黏合，细胞运动，细胞收缩，细胞内输送和细胞极性及可塑性等。 

附图说明：

图1UNC-51激酶参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造(A，B)和肌肉构造的形成(C，D)。白尺寸棒：50μm。 

图2UNC-51蛋白激酶活性增大肌动蛋白和肌球蛋白溶液的黏性 

图3UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的新竞争协调模式 

具体实施方式：

【1】模式生物秀丽线虫成虫体的微管和肌肉构造的荧光染色观察 

线虫野生型N2和变异型unc-51(e369)成虫体的微管染色根据Zwaal RR(1996，Cell)的方法，利用抗α-微管蛋白抗体和德克萨斯红结合抗免疫球蛋白G(TexasRed-anti-IgG)为二次抗体为其染色；肌肉的微丝染色根据Epstein HF(1995，Methods in CellBiology)的方法，利用德克萨斯红结合鬼笔环肽(Texas-conjugated phalloidin)为其染色；Zeiss LSM510共焦显微镜被用于被染色线虫的观察记录。 

【2】肌动蛋白和肌球蛋白溶液的黏性测定观察 

根据Humphrey D(2002，Nature)的方法，在加ATP的Hepes缓冲液(pH7.4)中，进行了肌动蛋白/肌球蛋白溶液和UNC-51蛋白激酶或者无激酶活性的突变UNC-51(K39M)蛋白之间的反应。在塑料比色杯中做了反应溶液的黏性观察。