α微管蛋白乙酰化修飾調控神經元軸突分支的分子機制

　　近日，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所鮑嵐研究組的最新研究成果，以α-Tubulin Acetylation Restricts Axon Overbranching by Dampening Microtubule Plus-End Dynamics in Neurons為題，在線發表在Cerebral Cortex上。該研究揭示α-微管蛋白（α-tubulin）的乙酰化修飾能夠抑制神經元中微管正端的動態性，進而限制神經元軸突的過度分支與生長，維持中樞神經系統的正常功能。

　　在哺乳動物的中樞神經系統的發育過程中，神經元軸突的生長需受到嚴格調控以保證神經環路的正確形成與功能發揮。由α/β-微管蛋白異二聚體組裝而成的微管是真核細胞中細胞骨架成分之一，是一種高度動態的結構。微管蛋白的翻譯后修飾對微管的結構和動態性起重要的調控作用，盡管人們已認識到微管結構的動態性質及其調控對于高度極化的神經元形態建立非常重要，但微管蛋白的乙酰化修飾在中樞神經系統發育過程中的調控作用與機制并不清楚。

　　在鮑嵐研究員的指導下，博士研究生魏丹和高囡囡等進行深入研究。通過在體及體外培養條件下對α-微管蛋白乙酰化酶MEC-17敲除小鼠的神經元形態進行分析，發現MEC-17敲除會引起軸突出現過度分支與過度生長，同時MEC-17敲除小鼠表現出焦慮樣行為。MEC-17敲除神經元中軸突的過度分支與生長現象可以被重新表達MEC-17和模擬乙酰化α-tubulinK40Q挽回，但缺失乙酰化酶活性的MEC-17F183A不能挽回。進一步通過神經元形態學分析和活細胞成像等實驗，發現MEC-17敲除引起的α-微管蛋白乙酰化缺陷會導致軸突中微管正端的動態性異常增加，引起神經元中微管結構的松散（debundling）以及侵入絲狀偽足（filopodia）和生長錐（growth cone）的微管增加。利用低濃度Taxol處理抑制微管正端的高動態性后，MEC-17敲除引起神經元軸突的過度分支與生長可以得到有效恢復。該工作揭示α-微管蛋白乙酰化修飾通過影響微管的動態性，進而調控神經元軸突分支與生長的機制，有助于深入理解微管蛋白翻譯后修飾在神經系統發育過程中的作用與機制。

　　研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院戰略性先導科技專項（B）的資助。