近日，中國科學院生物物理研究所研究員蔡華清課題組在《細胞生物學雜志》（Journal of Cell Biology）上發(fā)表題為GxcM-Fbp17/RacC-WASP signaling regulates polarized cortex assembly in migrating cells via Arp2/3的研究論文，該論文描繪了運動細胞后端皮層微絲網(wǎng)絡組裝的信號通路，并揭示了Arp2/3介導的分枝狀微絲在細胞中的新功能。 

　　細胞皮層（cell cortex）是位于質(zhì)膜下方的骨架網(wǎng)絡，由微絲骨架、肌球蛋白及多種調(diào)控蛋白組成。皮層提供剛性以維持細胞形態(tài)，賦予細胞抵御外界機械力作用的能力，同時具有高度可塑性，賦予細胞改變自身形態(tài)的能力，進而實現(xiàn)多種生物學功能。細胞中的微絲骨架包括成核因子Arp2/3復合體介導形成的分枝狀微絲和依賴于Formin家族蛋白的束狀微絲，二者均被報道參與細胞皮層的構建。然而，調(diào)控這些微絲在皮層組裝的上游信號尚不明確。此外，在高度極化的細胞例如快速遷移的細胞中，皮層微絲網(wǎng)絡如何實現(xiàn)在細胞前后端的不對稱分布并執(zhí)行不同的調(diào)控功能，也是尚未被解決的關鍵問題。

　　研究團隊前期以盤基網(wǎng)柄菌（Dictyostelium discoideum）細胞為模型，系統(tǒng)篩選在細胞中極性定位的PH結構域蛋白，結果發(fā)現(xiàn)含有經(jīng)典RhoGEF結構域（DH-PH結構域）的蛋白GxcM特異定位于定向遷移細胞的后端。過表達GxcM在細胞后端誘導大量微絲結構的產(chǎn)生，且該結構可被Arp2/3復合物標記，提示GxcM具備在細胞后端促進分枝狀微絲組裝的能力。

　　通過構建一系列截短體和突變體，研究人員證明GxcM的功能執(zhí)行依賴其C端富含脯氨酸的基序及其GEF活性。一方面，免疫共沉淀、質(zhì)譜分析和顯微成像實驗顯示，GxcM通過C端結合并招募F-BAR蛋白Fbp17。在fbp17敲除細胞中，GxcM仍然定位在細胞后端，卻失去了促進微絲組裝的能力，導致皮層微絲含量降低，細胞抵御外界機械力能力顯著下降，且伴隨細胞分裂和遷移的缺陷。生化和體外微絲聚合實驗證明，F(xiàn)bp17通過其SH3結構域結合并激活微絲促成核因子WASP，進而激活Arp2/3復合體，介導分枝狀微絲組裝。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)GxcM還通過調(diào)節(jié)小G蛋白RacC的活性調(diào)控細胞后端微絲網(wǎng)絡的組裝。酵母雙雜交和生化實驗顯示，活化形式的RacC結合Fbp17和WASP。在細胞中誘導表達持續(xù)活化形式的RacC，能夠產(chǎn)生與GxcM過表達類似的效應，且該效應依賴Fbp17和WASP。敲除racC則引起與敲除fbp17類似的表型，不僅抑制GxcM的過表達效應，還引起皮層完整性和細胞功能的缺陷。

　　該研究描繪了促皮層微絲組裝的新信號通路，由GxcM、RacC、Fbp17和WASP構成的信號通路在細胞后端激活Arp2/3復合體，促進分枝狀微絲網(wǎng)絡的構建。研究拓展了對Arp2/3介導的分枝狀微絲功能的認識。除了在運動細胞前端參與偽足形成這一被廣泛研究的功能，該研究發(fā)現(xiàn)分枝狀微絲在細胞后端參與皮層組裝，維持皮層完整性，進而保證細胞遷移、分裂及胞飲功能正常進行的新功能。結合團隊之前的研究，這些工作解析了不同信號通路調(diào)控下分枝狀微絲網(wǎng)絡差異化作用的分子機制，為深入理解細胞極性和動態(tài)結構的建成機制奠定了重要基礎。

　　相關研究工作得到國家自然科學基金委、科學技術部和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

　　論文鏈接 

圖1 GxcM定位在遷移細胞后端，促進Arp2/3復合體介導的分枝狀微絲的組裝。 

圖2 GxcM、RacC、Fbp17和WASP構成的信號通路在細胞后端通過激活Arp2/3復合體，調(diào)控皮層分枝狀微絲網(wǎng)絡的構建，維持皮層結構完整性。