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微管是真核细胞中十分动态的结构。微管末端通过a/β-tubulin异二聚体的掺入和去除实现不断的生长和解聚。微管的这种动态不稳定的特性对细胞骨架重排、细胞内物质运输、有丝分裂期姐妹染色单体排列和分离等生理生化活动起重要调节作用。微管动态性受到一系列微管结合蛋白的调控,包括一类特异性定位到聚合微管正端的微管结合蛋白,即微管正端跟踪蛋白(简称为+TIPs)。然而,+TIPs对微管动态性调控的分子机制仍然不是很清楚。本文研究了两个有代表性的+TIPs在细胞迁移和有丝分裂微管动态不稳定性调控方面的功能和机制。这两个+TIPs中,一个是我们鉴定的一个新的微管正末端跟踪蛋白DDA3(differential display activated by p53);另一个是已被鉴定的微管正末端跟踪蛋白MCAK (mitotic centromere-associated kinesin),因其微管解聚酶活性而著名。它们通过调节微管可塑性参与细胞迁移和细胞分裂。微管动态性受到+TIPs的复杂调控。新的+TIPs的鉴定是微管动态性研究的首要任务之一。通过生物信息学分析和一系列的生化实验验证,我们鉴定出一个新的微管正末端跟踪蛋白——DDA3。本研究表明DDA3和+TIPs网络中的核心蛋白EB1(end-binding protein1)直接相互作用。在DDA3富含脯氨酸／丝氨酸的羧基端序列中,保守的SxIP/SxLP基序是DDA3结合EB1并定位到微管正末端的必要条件。DDA3和其他+TIPs一样可调节微管动态性。在细胞皮层区域,DDA3起稳定微管的作用,而微管选择性的稳定对细胞迁移至关重要。因此,DDA3是一个崭新的依赖于EB1的微管正端跟踪蛋白,其通过调控微管末端动态性促进细胞定向迁移。+TIPs不仅在间期细胞中具有重要作用,对于有丝分裂期纺锤体微管动态性调控也非常重要。它们通过调控纺锤体微管与动点的动态衔接,调节染色体的正确分离。在已被鉴定的+TIPs中,一些+TIPs的调控机制仍不甚清楚,其中包括微管解聚酶MCAK。MCAK是有丝分裂期精确调控动点-微管连接的关键因子。因此,研究有丝分裂期MCAK的微管解聚酶活性调控机制尤为重要。本文研究发现PLK1(polo-like kinase1)蛋白激酶磷酸化MCAK Ser715并促进MCAK的微管解聚酶活性。这一精确调控对有丝分裂期染色体的忠实分离至关重要。干扰MCAK磷酸化将阻碍MCAK纠正错误的动点-微管连接的功能,进而导致染色体的异常分离,通常表现为分裂后期出现染色体桥的表型。因此,我推测PLK1在有丝分裂期调控动点上的MCAK活性,这对及时纠正错误的动点-微管连接、保证染色体忠实分离起关键作用。总而言之,我们的研究揭示了两个代表性的微管正端跟踪蛋白DDA3和MCAK的细胞学功能和调控机制。染色体分离保真性以及细胞定向迁移的分子机制研究有助于丰富发育形态建成、肿瘤转移、肿瘤基因组不稳定等生理活动或重大疾病的理论知识,对促进人类健康具有重要意义。本论文对DDA3和MCAK在细胞迁移和细胞分裂过程中功能机制的解析为肿瘤等重大疾病的治疗干预提供了新的视角。