【摘 要】
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微管(microtubule)作为一种具有极性且形状为管状的细胞内动态结构,是细胞骨架的重要组分。在细胞中的微管具有极其重要的功能,它参与了细胞的分裂、运动、胞内运输、形态构成和组织器官发育等一系列生物学过程。在临床上,还能通过微管系统的功能和形态来判断病人是否患有癌症。越来越多的证据表明,微管与人类的健康息息相关。一些跟微管相关的基因,如果发生突变,有可能致使严重的人类疾病的发生。如微管结合蛋白
【基金项目】
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国家自然科学基金项目磷转运蛋白对寿命调控的机理研究(81871121),果蝇蘑菇体神经元的单细胞转录组分析(31500839);
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微管(microtubule)作为一种具有极性且形状为管状的细胞内动态结构,是细胞骨架的重要组分。在细胞中的微管具有极其重要的功能,它参与了细胞的分裂、运动、胞内运输、形态构成和组织器官发育等一系列生物学过程。在临床上,还能通过微管系统的功能和形态来判断病人是否患有癌症。越来越多的证据表明,微管与人类的健康息息相关。一些跟微管相关的基因,如果发生突变,有可能致使严重的人类疾病的发生。如微管结合蛋白Tau的突变,是老年痴呆症的病因之一;微管蛋白伴侣分子中的TBCE(tubulin chaperone E)突变,可导致常染色体隐性遗传病Kenny-Caffey综合症;微管剪切蛋白Spastin,突变时会造成遗传性痉挛性截瘫;以及一种编码β-微管蛋白的基因,TUBB(tubulin beta class I)突变,会导致大脑皮质发育不良,并伴有其他脑区畸形。微管损伤对肌肉的直接影响也不可忽视,微管损伤会导致肌萎缩,并且微管组织的缺陷破坏了细胞组分精确和高效的运输。由此可看出,微管的完整性对于机体的正常发育必不可少。影响微管的基因众多,有些是直接的,有些是间接的,目前发现的影响微管正常组装的基因还只是冰山一角,仍有诸多影响微管的基因等待人类“挖掘”。我们以果蝇三龄幼虫肌肉细胞为模型,研究微管互作蛋白对微管网络的调控作用。利用已有的果蝇RNAi文库,通过UAS/Gal4系统,对部分基因进行敲降(RNAi),使基因在果蝇幼虫肌肉中特异性沉默,然后对其三龄幼虫进行遗传解剖,经过免疫染色后观察这些基因的肌肉微管形态,以此来确定基因与微管之间有无关联。我们鉴定了541个基因,共筛选出微管有表型的有40个。其中一些基因在某些细胞器(如高尔基体、过氧化物酶体等)中具有特定的功能。这些基因中有许多是系统遗传学保守的,包括与哺乳动物和人类疾病有关的基因。我们的筛选工作不仅为构建微管相关疾病模型做了铺垫,为微管相关疾病治疗工作提供了一定的帮助;而且对细胞结构基础研究中微管的非中心体微管组织中心探究的相关工作提供了思路。此外,在微管筛选中我们筛选到了微管变稀疏的一个基因axotactin,于是我们便构建了该基因的突变体果蝇,但是axotactin突变体果蝇并未重复出微管变稀的表型,我们推测是由于axotactin的RNAi株系发生了脱靶。继续对该基因进行研究后我们发现,axotactin突变体睡眠和活动异常。Axotactin是轴突蛋白超家族成员,参与神经冲动的传递,调节神经胶质细胞对神经元膜兴奋性和突触可塑性,但是它是如何在昼夜节律方面起作用的还未可知。因此,我们利用构建的axotactin基因的两株功能缺失型突变体axo1M8-4和axo2M7-3,研究axotactin基因功能缺失之后对昼夜节律的影响。结果表明,axotactin基因突变之后,果蝇正常的昼夜节律现象消失,并且果蝇的寿命也受到影响,平均存活天数为30天左右。我们的研究对于基因调节昼夜节律的机制提供了参考,并且对于失眠症患者的治疗也提供了些许帮助。
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