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细胞运动对个体发育及功能的维持具有较为重要的作用:在胚胎的早期发育过程中,细胞运动维持了原肠胚向神经系统发育的形态建成;在个体内平衡的稳定中,细胞运动帮助个体完成免疫反应,炎症反应,伤口愈合等,增强个体对外界环境的适应及伤害的抵抗能力;在疾病的发生过程中,细胞运动也具有不可忽视的作用:如癌细胞穿透血管壁并进入血液循环系统,促进癌细胞在组织、器官之间扩散,诱发新的癌症病灶;在治疗医学领域,细胞运动在人工组织器官的培育、生物材料支架的构建等方面具有广泛的应用。因此,无论是对生理、病理的了解,还是针对多种疾病的治疗,解析细胞运动的调控机制显得尤为重要。 本文利用多种细胞为研究模型,研究了PEAK1是如何调控细胞运动的问题。PEAK1编码了一个约197kDa、有蛋白激酶活性的蛋白,在多种癌症中高表达,可促进癌细胞增殖及运动的基因,含有Actin结合结构域和酪氨酸激酶结构域。在ECV304细胞里敲低PEAK1,会导致细胞片状伪足减少、粘着斑变大和Actin变粗等表型;Transwell和Wound healing分析表明,PEAK1-N端的Actin结合结构域、中间调控结构域具有促进细胞运动的功能,过表达激酶结构域,不能促进细胞运动;结合PEAK1敲低表型,我们不难得出:PEAK1介导的细胞运动与细胞骨架具有直接或间接地作用。为了进一步研究PEAK1、细胞骨架之间的联系,我们利用Co-IP结合质谱的方法,发现PEAK1与细胞骨架蛋白Cortactin、MyosinⅡ;细胞信号通路接头蛋白CrkⅡ、Grb2、14-3-3;粘着斑相关蛋白p130Cas;信号通路相关蛋白SHC、PPP1CA/CB/CA、PTPN2、PLK1;Ran GTPase结合蛋白Ranbp9/Ranbp10/Muskelin等具有相互作用。由于该论文主要聚焦于PEAK1是如何调控细胞运动这一生物学问题,在此,我们主要讲述PEAK1和细胞骨架蛋白Cortactin、FAK和MyosinⅡ之间的调控关系。Co-IP及免疫荧光分析表明PEAK1和cortactin之间具有相互作用,并在细胞外围具有共定位,PEAK1编码区的Proline-rich结构域和Cortactin的SH3结构域是它们之间互作必需的,它们之间的相互作用受FAK、Rock、Raf和PKC等蛋白激酶以及金属蛋白酶MMP的调控;进一步研究发现,PEAK1调控Cortactin的酪氨酸磷酸化以及Cortactin与Arp2/3复合体、Cofilin、N-WASP等的结合,影响了F-Actin和细胞片状伪足的形成;伤口愈合、随机运动试验表明过表达或者敲低Cortactin对PEAK1促进的细胞运动影响不大,但敲低PEAK1会抑制Cortactin过表达促进的细胞运动。这些结果表明:通过Cortactin影响细胞片状伪足及F-Actin的生成,仅仅是PEAK1调控细胞运动的一个方面。为了进一步解释,敲低PEAK1可导致细胞粘着斑(focal adhesion)增大和F-Actin变粗,我们探索了粘着斑相关蛋白FAK与PEAK1之间的关系:免疫荧光及Western-blot结果表明,PEAK1的酪氨酸磷酸化、在粘着斑(focal adhesion)和Actin等部位的定位以及PEAK1促进细胞运动等均依赖于FAK激酶活性,这些结果表明PEAK1参与了FAK介导的信号通路并受FAK激酶的调控;利用Co-IP结合Western实验分析粘着斑相关蛋白之间的相互作用,结果表明:敲低PEAK1增强了粘着斑(focal adhesion)相关蛋白FAK、Talin、paxillin和p130Cas之间的相互作用,进一步稳定了粘着斑(focal adhesion),这很好的解释了PEAK1敲低导致的粘着斑变大的表型,同时也是敲低PEAK1抑制细胞运动的一个主要原因。我们还发现:敲低PEAK1改变了应力纤维(stress fiber)形成蛋白MyosinⅡA/B在细胞骨架上的定位,破坏了由MyosinⅡ建立的细胞极性;抑制MyosinⅡ的ATPase活性可以消除敲低PEAK1导致的粘着斑(focal adhesion)变大和F-Actin增粗的表型;敲低MyosinⅡ恢复了敲低PEAK1导致的细胞运变慢的表型。由此,我们可以得出PEKA1调控细胞运动依赖于MyosinⅡ蛋白介导的细胞骨架重组。