基于血影蛋白的膜骨架调控神经发育的机理研究
批准号:
32070706
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李薇
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李薇
中文摘要
破坏基于血影蛋白spectrin的细胞膜骨架生物力学会导致遗传性椭圆形红细胞增多症和脊髓小脑性共济失调,但我们对发病机理和发病的细胞学基础还知之甚少。我们以秀丽隐杆线虫作为疾病模型,在线虫保守的alpha-和beta-spectrin基因中引入两个疾病相关的突变,在线虫幼虫研究spectrin对神经细胞迁移和树突形成的调控作用。前期工作发现spectrin的功能缺失导致微丝骨架在前导端外的区域异常聚合,产生次生细胞膜突起,最终导致神经细胞迁移不到位和形态缺陷。Spectrin在迁移神经细胞的侧面和后部富集,继而从神经元胞体转移至新生长的树突中,表明基于spectrin的细胞膜骨架不对称地和动态地调控微丝骨架组装。Spectrin的亲和纯化发现结合蛋白ankyrin与spectrin协同合作。本课题的研究成果提示细胞膜骨架在不同的发育进程中的极性分布和动态重塑可以在时空维度调控细胞膜力学。
英文摘要
Perturbation of spectrin-based membrane biomechanics causes hereditary elliptocytosis and spinocerebellar ataxia, but the underlying cellular basis of pathogenesis remains unclear. Here, we introduced the conserved disease-associated spectrin mutations into the C. elegans genome and studied the contribution of spectrin to neuronal migration and dendrite formation in developing larvae. Our preliminary results found the loss of spectrin generates an ectopic actin polymerization outside of the existing front and secondary membrane protrusions, leading to defective neuronal positioning and dendrite morphology in adult animals. Spectrin accumulates in the lateral and the rear of migrating neuroblasts and redistributes from the soma into the newly formed dendrites, indicating that the spectrin-based membrane skeleton is asymmetric and remodels to regulate actin assembly and cell shape during development. We affinity-purified spectrin from C. elegans and showed that its binding partner ankyrin functions with spectrin. Our results suggest asymmetry and remodeling of membrane skeleton may enable spatiotemporal modulation of membrane mechanics for distinct developmental events.
破坏基于血影蛋白(spectrin)的细胞膜骨架生物力学功能可导致遗传性椭圆形红细胞增多症和脊髓小脑性共济失调等疾病,但其潜在的细胞病理机制尚不明确。本研究通过构建秀丽隐杆线虫疾病模型,系统地探讨了与血影蛋白相关的突变对神经元迁移及树突形成的影响。具体而言,我们将两种与人类疾病相关的保守性血影蛋白突变引入线虫基因组,并在发育期幼虫阶段分析其功能,特别是在神经系统发育过程中对神经元迁移和树突形成的调控作用。研究结果显示,血影蛋白功能缺失导致肌动蛋白在神经元前导端以外区域异常聚合,形成次级细胞膜突起。这些次级突起显著干扰了神经元的正常迁移路径和树突的形态发育。进一步观察发现,在神经母细胞迁移过程中,血影蛋白主要积累于细胞的侧面和后部,随着神经元的迁移,血影蛋白从胞体向新生长的树突重新分布。这一现象表明,血影蛋白在神经发育过程中通过非对称分布和动态重塑细胞膜骨架,调控肌动蛋白的组装及细胞形态的变化。此外,通过亲和纯化技术,我们从线虫中纯化出血影蛋白并鉴定其结合伙伴ankyrin。实验结果表明,ankyrin与血影蛋白协同作用,共同参与细胞膜骨架的动态重塑过程。这种协同作用有助于维持膜骨架的稳定性,并在时空上调控膜力学,支持细胞在不同发育阶段的形态变化和功能需求。膜骨架的非对称性和动态重塑被认为是细胞膜力学适应不同发育事件的关键机制。本研究为深入理解血影蛋白在神经发育中的功能提供了新的视角,揭示了基于血影蛋白的细胞膜骨架在神经元迁移、树突形态发生及功能形成中的重要作用。研究结果不仅拓展了我们对血影蛋白相关疾病病理机制的认识,还为这些疾病的潜在治疗策略提供了细胞生物学基础。尤其是,血影蛋白在神经发育中的非对称分布和动态调控功能,可能为开发针对相关疾病的新型治疗方法提供新的思路。
表观遗传调控因子的不对称分配与功能研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:53万元
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批准年份:2022
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负责人:李薇
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依托单位:
微丝极性组装调控不对称细胞分裂的机制研究
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批准号:31871352
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李薇
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依托单位:
微丝细胞骨架调控凋亡细胞吞噬的机制研究
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批准号:31671444
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:李薇
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依托单位:
发展基于人工核酸酶的条件性基因突变技术研究在体细胞迁移
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批准号:31471256
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李薇
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依托单位:
国内基金
海外基金