驱动蛋白Kin11参与嗜热四膜虫生殖系小核的减数分裂进程

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驱动蛋白(Kinesin)是一种广泛存在于各种生物体中的分子马达蛋白超家族成员,可以利用ATP水解产生的能量在微管上定向移动,主要参与囊泡与细胞器的运输、纺锤体组装、有丝分裂和减数分裂等过程。驱动蛋白主要分为14个超家族,不同家族蛋白功能各不相同,相应的调控机制也并不明晰。在嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)中的Kinesin-14家族蛋白Kin141是负端定向驱动蛋白,定位在纺锤体双极上,参与纺锤体微管交联与小核回缩。Kinesin-13家族蛋白Kin13Ap定位在有丝分裂的小核上。Kin11是唯一的Kinesin-6家族成员,在营养生殖时期低表达,饥饿期不表达,而在有性生殖早期减数分裂时期高表达。本研究主要通过定位与敲除表型对Kin11在减数分裂过程中的功能进行了分析,获得的主要结果如下:1.Kin11定位于减数分裂的小核与纺锤体上KIN11(TTHERM00637750)开放阅读框全长4824 bp,预测含有1608个氨基酸残基,在N端37-440为氨基酸残基之间包含一个保守的motor domain。在N末端21-29位和C末端1582-1602位氨基酸残基中分别含有一个核定位信号(Nuclear localization sequence,NLS),NLS1和NLS2。通过构建在自身启动子调控下C端融合3HA标签的Kin11突变细胞株Kin11-3HA并进行免疫荧光定位分析显示:营养生长时期没有定位信号,有性生殖Crescent时期定位出现在小核与纺锤体上,减数分裂期间定位在纺锤体育小核上,减数分裂末期定位信号集中在纺锤体中央区。2.过表达Kin11定位在有丝分裂小核与纺锤体上通过构建MTT1启动子调控的HA-Kin11过表达突变细胞株,可以使HA-Kin11在Cd2+诱导下过量表达。免疫荧光定位显示,HA-Kin11既可以定位于营养生殖时期的小核和有丝分裂纺锤体上,也可以定位于减数分裂时期的小核和纺锤体上,并且还出现于减数分裂末期新形成的小核上。3.功能结构域的突变会影响Kin11的定位模式通过构建MTT1启动子调控的Kin11截短型过表达突变细胞株HA-Kin11TrN和HA-Kin11TrC分别进行免疫荧光定位分析显示:截短N端保守的motor domain后,HA-Kin11TrN只定位于减数分裂的小核和纺锤体上;截短C端coiled-coil domain后,HA-Kin11TrC则定位在生长期的小核和纺锤体上及有性生殖末期的小核上。4.Kin11敲除导致减数分裂染色体分离与纺锤体结构异常通过同源重组获得KO-Kin11-B2086和KO-Kin11-CU428不同交配型突变细胞株,荧光定量PCR检测证实获得完全敲除KIN11的突变细胞株。KO-Kin11突变细胞株在减数分裂过程中出现不同程度的染色体不均等分离,导致经减数分裂后的小核缺损,无法选择出配子核,有性生殖发育无法完成。对细胞内纺锤体形态结构进行检测显示:敲除Kin11导致突变细胞株中的纺锤体结构松散,敲除细胞株纺锤体长度远远短于野生型细胞纺锤体长度。Kin11的表达缺失影响了纺锤体形态与结构的完整性,并导致染色体分离异常。本研究结果显示Kin11可以定位于减数分裂和有丝分裂时期的小核与纺锤体上,并且在减数分裂末期聚集在纺锤体中央区。过表达KIN11还可定位于有性生殖末期的新小核上。Kin11 C端与N端结构域截短导致其定位模式发生改变。Kin11的表达缺失导致减数分裂过程中染色体不均等分离与纺锤体结构异常。总之,Kin11是嗜热四膜虫减数分裂纺锤体结构正常形成和染色体正确分离所必需的。
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