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泛素依赖的蛋白酶体途径是内源蛋白降解的主要方式。这个过程依次由E1激活酶、E2结合酶和E3连接酶三个酶级联催化完成。其中E3连接酶负责特异性识别底物蛋白,因此相对于E1和E2,E3在体内的种类是最多的。目前已知的与细胞周期密切相关的E3连接酶是SCF复合体,它包括支架亚基Cul-1,接头亚基SkpA和底物识别亚基F-box蛋白。近些年来,F-box基因在人类和果蝇中都已经逐渐被鉴定出来了,例如人类至少有75个,而果蝇中至少有45个这样的基因。此外,在人类中至少有22个F-box蛋白的底物已经被发现,而果蝇中则有12个F-box蛋白的底物已被报道。为了系统性地研究F-box蛋白在果蝇发育过程中的功能,我们结合数据库分析与文献检索,确定了果蝇基因组中一共至少有45个F-box基因;进一步我们利用了果蝇GAL4/UAS系统的便利以及RNAi库的资源,分别在果蝇全身广泛敲低或在眼睛、翅膀和背部特异地敲低F-box基因的表达水平来分析F-box基因功能与果蝇发育和器官形成的相关性。结果表明,在所有45个F-box基因中,15个F-box基因对于果蝇存活是必需的,其中有10个基因的功能与表型从未被报道过;而在眼睛中特异性敲低F-box基因时,有14个会出现不同程度的发育缺陷;在翅膀中特异性敲低F-box基因时,21个基因会导致翅膀不同程度的发育缺陷。这些结果为进一步研究F-box蛋白的在体功能以及他们如何调节底物蛋白的降解提供了线索和依据。
在我们系统分析F-box基因敲低导致的表型过程中发现,CG9772全身性敲低会导致果蝇在蛹期致死;在翅膀后部敲低时,与正常的前部相比,果蝇翅膀毛发细胞分布异常、毛细胞间距变大。这种表型称为WingHairSpacing(WHS)表型。蛋白质结构预测的结果以及Flybase的诠释提示,CG9772可能编码人类Skp2在果蝇中的同源物。所以,我们也称CG9772为dSkp2。基于dSkp2敲低翅膀的表型,我们进一步分析了dSkp2在翅膀成虫盘细胞周期调控中的作用。结果dSkp2敲低时翅膀成虫盘的细胞密度也变小,且伴随着多倍体和细胞凋亡的产生。通过FRT介导的“flip-out”实验我们发现在dSkp2基因敲低的细胞中,细胞分裂的速率变慢。与细胞周期调节因子CycE和Cdk2的遗传相互作用实验表明,dSkp2在细胞周期中的调控作用可能是通过颉抗CycE/Cdk2的抑制子Dacapo(Dap)来实现的。免疫染色的结果显示,在dSkp2敲低的区域,内源的Dap蛋白累积增加。反之,若是在过表达4xMyc-Dap的同时也过表达HA-dSkp2,4xMyc-Dap的累积明显减少。这些结果都提示dSkp2可能有着与人类Skp2类似的功能,通过降解Dacapo(人类细胞中p21的果蝇同源物)来促进G1-S转换。进一步的生化实验发现dSkp2与SCF复合体中的接头蛋白SkpA存在分子相互作用,同时也能够与Dap相互作用,这种相互作用可以被Cks85A增强。
本论文第一次系统地分析了果蝇中F-box基因敲低后的表型,详细阐述了dSkp2在果蝇发育中的功能与相关分子机制,进一步揭示了真核生物细胞周期的精细调控机制的保守性。