裂殖酵母SAGA复合物亚基Spt20的功能研究

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SAGA复合物是真核生物中高度保守的蛋白复合体,参与了转录激活、mRNA转运等诸多生物过程。21个蛋白亚基分别组成了SAGA复合物的组蛋白乙酰转移酶模块,组蛋白去泛素化模块,TATA框结合蛋白作用模块,募集模块以及结构模块。大量遗传、生化和结构学研究已经很好的阐明了SAGA复合物的构成及其在RNA聚合酶Ⅱ依赖的基因转录中的调节作用,而SAGA复合物各亚基是如何在胞内重要生理途径和个体发育的过程发挥作用,仍有待阐明。本论文旨在探究裂殖酵母SAGA复合物核心结构亚基,Spt20的生物学功能。论文分为两个章节,分别对Spt20在胞内Cl-平衡以及胞质分裂过程中发挥的作用进行了研究。  在论文的第一章,我们以Spt20为诱饵蛋白进行酵母双杂交筛选,获得了Ppb1蛋白。Ppb1是真核生物重要信号分子-钙调蛋白磷酸酶的催化亚基。酵母双杂交验证及免疫共沉淀实验均表明Spt20与Ppb1可以在体内发生蛋白相互作用。裂殖酵母ppb1+缺失突变体对高浓度Cl-敏感,而spt20缺失突变体则能抵抗高浓度的外源Cl-,维持细胞的正常生长。进一步实验表明,当外源Cl-浓度升高时,Ppb1蛋白能够从细胞质迁移入核,与Spt20蛋白在细胞核内发生共定位。遗传分析显示spt20+与ppb1+处于Cl-平衡调节的同一通路,spt20位于ppb1+的下游。上述结果表明Spt20参与了钙调蛋白磷酸酶调节的Cl-胞内平衡,spt20+的缺失使细胞在高浓度Cl-环境中依然存活。在高等生物中胞内Cl-浓度异常升高与心肌缺血/再灌注损伤等疾病的发生密切相关。鉴于Spt20在真核生物中高度保守,Spt20可能成为潜在的药物靶点应用于Cl-失衡相关疾病的防治中。  在论文的第二章,我们研究了Spt20在裂殖酵母胞质分裂中的作用。胞质分裂是细胞周期的最后一环,负责了真核生物有丝分裂完成后子细胞的分离。胞质分裂缺陷所引起的基因组多倍体或异倍体化与肿瘤的发展密切相关。胞裂蛋白是真核生物中保守的GTP结合蛋白。裂殖酵母胞质分裂后期,胞裂蛋白家族Spn1,Spn2,Spn3和Spn4会在细胞分裂处形成初始胞裂蛋白环,Mid2随后加入并促进了其稳定结构的形成。胞裂蛋白环作为脚手架则为隔膜降解酶Eng1和Agn1等提供了合适的作用空间。spt20+缺失突变体表现出了胞质分裂缺陷表型。胞质分裂转录因子ace2+及其下游靶基因eng1+,agn1+的表达水平在SAGA复合物亚基spt8+和spt20+缺失突变体中显著下调。Ace2的过量表达能够完全回补spt8+缺失突变体的胞质分裂缺陷表型,而不能回补spt20+缺失所造成的胞质分裂缺陷,提示Spt20对胞质分裂的影响不完全依赖于SAGA复合物的转录活性。  进一步研究发王见spt20+缺失突变体中胞裂蛋白环的组装存在严重缺陷。SAGA复合物酶学活性亚基或结构亚基的缺失不影响胞裂蛋白环的组装,提示Spt20可以独立于SAGA复合物影响胞裂蛋白环组装。Spt20可以与Mid2以及胞裂蛋白家族成员Spn2发生直接的蛋白质相互作用。在SAGA复合物解体的情况下,Spt20与胞裂蛋白环可以共定位于细胞分裂处。Mid2过量表达能够抑制spt20+缺失突变体中胞裂蛋白环组装缺陷的表型,表明spt20+作用于mid2+的上游。上述数据表明SAGA复合物亚基Spt20是胞裂蛋白环组装新的调控因子,提示了SAGA可能通过转录激活和蛋白质互作的双重机制影响胞质分裂过程。  综上,本研究结果表明:作为SAGA复合物的核心亚基,Spt20除了参与钙调蛋白磷酸酶调节的Cl-平衡,还能独立于SAGA复合物影响胞质分裂后期胞裂蛋白环的组装。因此提示了Spt20对于生物学过程的调节的多功能性,而Spt20是否在哺乳动物细胞中具有类似的功能,仍有待验证。
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