研究揭示α微管蛋白亚型对微管形态的影响及机制

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）鲍岚组与上海高等研究院/广东省智能科学与技术研究院张旭组合作，在Journal of Molecular Cell Biology（JMCB）上，在线发表了题为Microtubules composed of α4A undergo curved growth mainly mediated by its core structure的研究论文。该研究发现α微管蛋白亚型对微管形态具有重要的调节作用。

微管是构成细胞骨架的重要组分，参与细胞内物质运输、细胞迁移、极性建立和形态维持等多种生命活动。微管是由α/β微管蛋白异二聚体组成的具有极性与一定刚性、韧性的中空管状结构，其外径约24nm。细胞中的微管具有多种多样的形态和结构，例如，间期细胞中的放射状分布、极性上皮细胞的柱状分布、神经元生长锥的伞状分布及分裂期的纺锤体分布等，这些形态分布对微管多种功能至关重要。

α微管蛋白和β微管蛋白在所有的真核生物中均有表达，并存在多种亚型。研究发现，人类中至少存在8种α微管蛋白亚型和9种β微管蛋白亚型，但它们在不同组织及发育过程中表达模式差异较大。此外，多种微管蛋白亚型基因的突变可以引起多种疾病，主要表现为神经系统发育异常。然而，科学家对于众多的微管蛋白亚型，特别是α微管蛋白亚型对微管特性及功能的影响了解较少。

研究人员利用昆虫细胞分别表达和纯化了特定的微管蛋白亚型组合，即α1A/β2A、α1C/β2A和α4A/β2A。研究通过体外微管蛋白重组实验发现，与α1A/β2A和α1C/β2A微管相比，α4A/β2A微管会发生弯曲生长。进一步构建α4A突变体，研究发现α4A第16位Met对于α4A/β2A微管发生弯曲生长是必须的。微管动态性分析发现，α4A/β2A微管生长速率与α1A/β2A微管相似，但显著低于α1C/β2A微管，而其坍塌频率却与α1C/β2A微管相似，显著低于α1A/β2A微管，这表明不同的α微管蛋白亚型对微管动态性具有调节作用。进一步，研究发现，相对而言，高浓度的Tau可以使弯曲生长的α4A/β2A微管变直。综上，该研究发现不同的α微管蛋白亚型对微管形态具有重要的调节作用，为微管蛋白亚型对微管功能的调控提供了新依据。

细胞内微管形态