Positive and negative regulation of the cytokinesis contractility controller

项目摘要 每一个生物过程，从细胞迁移到胚胎发生和组织形态发生，都依赖于一个 细胞适应不断变化的机械环境的能力。 虽然我们了解许多生物化学信号 参与的途径，整合的机制来管理细胞对机械力的反应 仍然是个谜 破译这些相互作用将揭示驱动这两种机制的机械变化 正常和疾病状态过程。 为了揭示细胞对各种力的反应，罗宾逊实验室 研究Dictyosteoblasts胞质分裂，一个细胞分裂形成两个细胞的模型形状变化过程 子细胞 该实验室发现，胞质分裂是由一个综合控制系统组成的， 调节它们的行为以响应机械和生物化学信号的蛋白质。 虽然我们 我知道许多参与细胞动力学控制系统的参与者，他们的生化相互作用， 通过皮层网络的力传播仍然是未知的。 我的目标是描述 这些相互作用的特征机制，这将是至关重要的阐明细胞的机制， 对机械环境的反应。 为了确定控制细胞机械结构的直接相互作用， 响应，我们进行了免疫沉淀，然后在两个关键节点上进行质谱分析。 细胞动力学控制系统，支架蛋白IQGAP 2和肌动蛋白交联剂cortexillin I。 这种方法 导致发现这些节点的潜在绑定伙伴。 使用荧光交叉标记的组合 相关光谱（FCCS）和单分子下拉（SiMPull），我们发现了一个潜在的 由系统的负调节剂IQGAP 1抑制的机制。 为了进一步了解IQGAP 1 介导抑制，我将纯化关键的细胞骨架蛋白，并使用定量生化方法， 测量结合亲和力，并实施化学诱导的二聚化系统，以评估抑制 IQGAP 1的活性。 此外，我将在间期和胞质分裂期间使用超分辨率成像， 表征由这些关键细胞骨架蛋白形成的复合物的改变， 通过网络。 此外，我将确定甲基丙二酸半醛的细胞作用， 在一些实施方案中，所述酶是脱氢酶（mmsdh），其催化丙酰-辅酶A的产生。 MMSDH被确定为 Cortexillin I的相互作用子，但先前也在我们实验室的遗传选择中鉴定出。 有可能 蛋白质可以通过丙酰化修饰，丙酰化是一种未被充分认识的翻译后修饰， 促进细胞动力学控制系统的正调节。 通过基因、质量 光谱和生物物理分析，我将阐明MMSDH的细胞功能。 工作提出的 这里将破译收缩网络的正向和负向调节的分子机制。 这些信息对于理解细胞感知和响应机械力的能力至关重要， 产生对正常发育过程以及疾病状态进展的洞察。

PROJECT SUMMARY    Every biological process, ranging from cell migration to embryogenesis and tissue morphogenesis, relies on a  cell’s ability to adapt to changing mechanical environments.  While we understand many biochemical signaling  pathways  involved,  the  mechanisms  that  are  integrated  to  govern  a  cell’s  response  to  mechanical  forces  remain  a  mystery.    Deciphering  these  interactions  will  shed  light  on  the  mechanical  changes  that  drive  both  normal  and  disease  state  processes.    To  reveal  how  the  cell  responds  to  various  forces,  the  Robinson  lab  studies  Dictyostelium  cytokinesis,  a  model  shape  change  process  by  which  one  cell  divides  to  form  two  daughter cells.  The lab has discovered that cytokinesis is driven by an integrated control system composed of  proteins  that  modulate  their  behavior  in  response  to  both  mechanical  and  biochemical  signals.    Although  we  know  many  of  the  players  involved  in  the  cytokinetic  control  system,  their  biochemical  interactions  that  allow  force  propagation  through  the  cortical  network  are  still  unknown.    My  goal  is  to  characterize  the  regulatory  mechanisms  that  characterize  these  interactions,  which  will  be  critical  to  elucidate  the  mechanisms  of  a  cell’s  response  to  its  mechanical  environment.    To  identify  the  direct  interactions  that  govern  a  cell’s  mechanical  response,  we  performed  immunoprecipitation  followed  by  mass  spectrometry  on  two  key  nodes  of  the  cytokinetic control system, the scaffolding protein IQGAP2 and the actin crosslinker cortexillin I.  This approach  led to the discovery of potential binding partners of these nodes.  Using a combination of Fluorescence Cross-­ Correlation  Spectroscopy  (FCCS)  and  Single  Molecule  Pulldown  (SiMPull),  we  have  discovered  a  potential  mechanism  of  inhibition  by  a  negative  regulator  of  the  system,  IQGAP1.    To  further  understand  how  IQGAP1  mediates  inhibition,  I  will  purify  key  cytoskeletal  proteins  and  use  quantitative  biochemical  approaches  to  measure  binding  affinities  and  implement  a  chemically-­inducible  dimerization  system  to  assess  the  inhibitory  activity  of  IQGAP1.    In  addition,  I  will  use  super-­resolution  imaging  during  both  interphase  and  cytokinesis  to  characterize  alterations  in  complexes  formed  by  these  key  cytoskeletal  proteins that  allow  force  transduction  through  the  network.    Moreover,  I  will  determine  the  cellular  role  of  methylmalonate  semialdehyde  dehydrogenase  (mmsdh),  which  catalyzes  the  production  of  propionyl-­coA.    Mmsdh  was  identified  as  an  interactor  of  cortexillin  I,  but  was  also  previously  identified  in  a  genetic  selection  in  our  lab.    It  is  possible  that  proteins  may  modified  by  propionylation,  an  underappreciated  post-­translational  modification,  which  may  facilitate  positive  regulation  of  the  cytokinetic  control  system.    Through  a  combination  of  genetics,  mass  spectrometry,  and  biophysical  analyses,  I  will  elucidate  the  cellular  function  of  mmsdh.    The  work  proposed  here  will  decipher  the  molecular  mechanisms  of  positive  and  negative  regulation  of  the  contractile  network.   This  information  will  be  critical  for  understanding  the  cell’s  ability  to  sense  and  respond  to  mechanical  forces,  yielding insight into both normal developmental processes, as well as disease state progression.