近日,，鐘清團隊與曹木青團隊合作,，在Nature Communications上發(fā)表研究論文：An Actin Filament Branching Surveillance System Regulates Cell Cycle Progression, Cytokinesis and Primary Ciliogenesis。研究發(fā)現中心體作為重要的信號傳導中心通過監(jiān)測中心體周圍的微絲骨架網絡調控細胞周期,。微絲骨架茂盛則細胞分裂,，反之稀疏的微絲骨架阻滯細胞周期。研究揭示了中心體蛋白OFD1 (Oral-Facial-Digital syndrome 1, OFD1),，作為微絲II型成核促進因子（Nucleation Promoting Factors, NPFs）,，協(xié)同Arp2/3復合物調控中心體周圍的微絲分支動態(tài)變化；同時發(fā)現,，微絲分支動態(tài)性的改變導致OFD1通過“液-凝膠”相轉變的形式失活并降解,。去除OFD1或破壞OFD1-Arp2/3復合體的相互作用，激活RB通路促使增殖的非轉化細胞退出細胞分裂周期進入靜息狀態(tài)（G0期）,，同時誘導細胞組裝纖毛,；在原癌基因誘導的轉化細胞和大部分腫瘤細胞中去除OFD1，細胞雖可跨越上述細胞周期阻滯,，但最終無法有效形成胞質分裂環(huán),，而發(fā)生不可逆的細胞死亡。研究揭示了中心體微絲骨架的細胞功能和調控機制,，為腫瘤的治療提供了新的思路和潛在靶點,。
中心體是動物細胞主要的微管組織中心，調控細胞分裂和纖毛發(fā)生等關鍵細胞過程,。近期研究發(fā)現,，中心體周圍存在高度動態(tài)的微絲骨架(Actin filaments)網絡,，而且中心體外圍組分參與中心體周圍微絲骨架網絡的組裝。作為細胞重要的骨架成分,，微絲形成高度動態(tài)的分支骨架網絡,，通過快速組裝與解聚，響應局部的生理或病理信號,，調控細胞多項生命活動1-4,。然而，中心體微絲的動態(tài)性如何被調控,，以及中心體微絲網絡動態(tài)調控所參與的細胞生理過程還不清楚,。
鐘清團隊長期聚焦自噬的生化調控與功能研究，探索自噬與腫瘤等人類重大疾病的關系,，開發(fā)疾病治療的技術方法,。曹木青團隊多年來致力于纖毛的結構與功能研究，探索纖毛病的發(fā)病機制,。團隊的合作實現了優(yōu)勢互補,，本研究通過使用體外生化重建與細胞超分辨熒光成像等技術發(fā)現：一方面，纖毛病相關蛋白OFD1可作為II型成核促進因子,，其C末端存在一個保守的酸性A結構域（Acidic domain）,，用于結合激活Arp2/3復合物（actin-related protein 2/3 complex），并協(xié)同I型NFPs促進中心體微絲骨架網絡的分支動態(tài)調控,；另一方面,，OFD1能夠感知中心體微絲骨架網絡的擾動，當骨架網絡分支受到干擾,，定位于中心體微衛(wèi)星處的OFD1會從“液—液”相分離狀態(tài)轉變?yōu)椤耙骸z”狀態(tài)失活或降解,。
細胞周期調控失常和原纖毛缺失是多種腫瘤的特征5, 6，二者的調控是否相關,，何種驅動機制調控了上述現象,，尚不清晰。敲降OFD1或干擾OFD1與Arp2/3復合體的結合,，正常細胞RPE1進入可逆的G0細胞周期阻滯,，并伴隨著纖毛的形成；恢復OFD1表達后,，纖毛去組裝,，細胞重新進入分裂周期開始增殖。出乎意料的是,，OFD1敲降造成的細胞周期阻滯,，并不依賴于原纖毛的形成或中心體缺陷激活的USP28-53BP1-p53-p21信號軸起作用。RNASeq分析發(fā)現,，上述周期阻滯伴隨著RB通路的激活,。SV40 T Antigen編碼基因是來源于病毒的原癌基因,，SV40 T Antigen可以同時破壞p53-p21通路和RB-E2F通路，導致正常細胞發(fā)生惡性轉化,，具備腫瘤細胞的特性,。在RPE1-SV40 TAg轉化的細胞中，敲降OFD1,，可誘導纖毛組裝，細胞卻不再發(fā)生G0細胞周期阻滯,。值得注意的是,，敲降OFD1后，細胞雖然跨越了G0細胞周期的阻滯,，細胞數目卻無法增長,。追溯其原因，發(fā)現敲降OFD1后大部分細胞出現了明顯多倍體現象,，說明DNA可以完成復制,，但胞質分裂出現紊亂?；罴毎上窦夹g的應用進一步發(fā)現,，OFD1除了定位于中心體與中心體微衛(wèi)星周圍，也分布在胞質分裂環(huán)附近,，OFD1丟失導致胞質分裂環(huán)附近的微絲骨架變得疏松,，表現出胞質分裂的缺陷和細胞分裂死亡。同樣的,，大部分的腫瘤細胞也表現出類似特點,，敲降OFD1或干擾OFD1與Arp2/3復合物的結合，造成腫瘤細胞發(fā)生胞質分裂缺陷和細胞死亡,。
通過對TCGA數據庫的分析發(fā)現,，與對應的正常組織相比，結直腸癌,、膠質母細胞瘤,、腎癌、肝癌,、肺癌和前列腺癌等多種腫瘤組織中OFD1的表達異常增加,；使用免疫組化技術，同樣發(fā)現在結腸腺癌(COAD)和肺癌患者腫瘤組織中OFD1的蛋白水平顯著高于癌旁組織,，提示腫瘤細胞很可能通過提升OFD1的蛋白水平,，來維持細胞高速增殖的狀態(tài)，并抑制了原纖毛的形成,。在惡性程度較高的胰腺癌,、結腸癌和三陰性乳腺癌的異種移植模型中,，靶向OFD1，能顯著抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展,。
綜上所述,，本研究發(fā)現了OFD1作為II型成核促進因子的生化活性，也揭示了OFD1調控微絲骨架網絡分支動態(tài)性的方式和微絲網絡的監(jiān)察機制,，該機制的激活決定了正常細胞和腫瘤細胞不同的命運,，靶向該監(jiān)察機制，有望為腫瘤的治療提供新策略,。
“OFD1介導的中心體微絲網絡監(jiān)察機制”調控模式圖
曹木青,、鄒肖肖和李超怡為論文的共同第一作者，曹木青,、湯在明和鐘清為論文的通訊作者,，林再勝、汪旎,、葉幼瓊以及美國得州大學西南醫(yī)學中心的Zhongju Zou,、Joachim Seemann、Beth Levine為本文共同作者,。清華大學潘俊敏教授,、馬里蘭大學William Snell教授、美國得州大學西南醫(yī)學中心Saikat Mukhopadhyay教授和Rolf Brekken教授,，也對本研究給予了極大的支持,。本研究得到了國家自然科學基金項目，國家重點研發(fā)計劃,，上海市學術帶頭人項目,，上海市自然科學基金、上海高水平地方高校創(chuàng)新團隊,、上海市前沿基地中心,、癌基因及相關基因國家重點實驗室開放課題等項目資助。
