专利名称：Unc-51激酶协调调节微管和微丝两种细胞骨架构造并促进肌肉收缩的制作方法
技术领域：
:本发明属于生物化学，肌肉科学和神经脑科学等领域，提供了有关肌肉细胞的收缩机理的新发现，微管和微丝两个细胞骨架系统各自在构造上以及两者在功能上协调机制的新模式。
背景技术：
:肌肉的肌原纤维主要由细肌丝(肌动蛋白丝，actin filament)和粗肌丝(肌球蛋白丝，myosin filament)构成。作为肌肉收缩的主要机理的肌丝滑动模型(slidingfilament model)主张，细肌丝和粗肌丝之间的相对滑动引起了肌肉收缩，但精确的调节机理还不清楚。微管/微丝与它们的传送蛋白之间的精确调节机理是未知的。在神经/肌肉等细胞的形态形成中，微管和微丝两个细胞骨架系统的协同作业是必须的，其精确的调节机理也不清楚。本研究首次揭示UNC-51激酶参与了肌肉的构造和收缩功能的调节，参与了微管/微丝与它们的传送蛋白之间的调节，并提出了微管和微丝两个细胞骨架系统的协同作业新模式
发明内容
:本发明的目的在于揭示UNC-51激酶是否直接地参与了肌肉的构造和收缩功能的调节，发现肌 肉收缩的新机制；揭示UNC-51激酶参与了微管/微丝与它们的传送蛋白之间的调节，并提出了微管和微丝两个细胞骨架系统的协同作业新模式。本发明的内容为:(1)UNC-51激酶既参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造，也参与调节了秀丽线虫的肌肉构造。UNC-51激酶既能结合和磷酸化肌动蛋白和肌球蛋白，也能结合和磷酸化微管蛋白和驱动蛋白。如图1所示，野生形秀丽线虫A和C分别显示了连续，完整并有秩序的微管构造和肌肉构造，而unc-51的e369突变体秀丽线虫B和D则分别显示了不连续，不完整并紊乱的微管构造和肌肉构造。这说明UNC-51激酶既参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造，也参与调节了秀丽线虫的肌肉构造。因为UNC-51激酶的保存性，在其他生物中也是存在这种模式的。(2) UNC-51激酶促进了肌肉的收缩。如图2所示，和无激酶活性的突变UNC-51蛋白加入的左边比色斗(皿)相比，有激酶活性的UNC-51激酶蛋白加入的右边比色斗里的肌动蛋白/肌球蛋白溶液的黏度(viscosity)要大；这说明UNC-51激酶活性增强了肌动蛋白丝/肌球蛋白溶液的黏性，也意味着促进了肌肉的收缩。(3) UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的新竞争协调模式如图3所示，我们首次提出UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的新竞争协调模式。UNC-51激酶可解聚细胞周边的微丝，其后释放的微管蛋白聚合成微管，产生对细胞膜的推力；相反地，UNC-51激酶又可解聚其后的微管，其前的肌动蛋白又再聚合成微丝而产生张力以保护细胞膜不被挤破；在这里，我们提议片状伪足或突起的伸出和神经轴突的形成就是按照这样的机制被协调诱导的。受这一机制影响的细胞功能还有细胞黏合，细胞运动，细胞收缩，细胞内输送和细胞极性及可塑性等。
:图1UNC-51激酶参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造(A，B)和肌肉构造的形成(C，D)。白尺寸棒:50μπι。图2UNC-51蛋白激酶活性增大肌动蛋白和肌球蛋白溶液的黏性图3UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的新竞争协调模式
具体实施方式
:I模式生物秀丽线虫成虫体的微管和肌肉构造的荧光染色观察
线虫野生型Ν2和变异型unc-51 (e369)成虫体的微管染色根据ZwaalRR(1996，Cell)的方法，利用抗α -微管蛋白抗体和德克萨斯红结合抗免疫球蛋白G(TexasRed-ant1-1gG)为二次抗体为其染色；肌肉的微丝染色根据Epstein HF(1995,Methods in CellBiology)的方法，利用德克萨斯红结合鬼笔环肽(Texas-conjugatedphalloidin)为其染色；Zeiss LSM510共焦显微镜被用于被染色线虫的观察记录。2肌动蛋白和肌球蛋白溶液的黏性测定观察根据Humphrey D (2002, Nature)的方法,在加 ATP 的 Hepes 缓冲液(ρΗ7.4)中，进行了肌动蛋白/肌球蛋白溶液和UNC-51蛋白激酶或者无激酶活性的突变UNC-51(K39M)蛋白之间的反应。在塑料比色杯中做了反应溶液的黏性观察。
权利要求
1.本发明首次发现了线虫UNC-51激酶能够调节并协调线虫微管和微丝两个细胞骨架系统，也能促进肌肉收缩。其关键发现为:UNC-51激酶既参与调节了模式生物秀丽线虫的微管构造，也参与调节了秀丽线虫的肌肉构造，是连续，完整并有秩序的微管构造和肌肉构造所必需的，因为UNC-51激酶有保存性，在其他生物中也是存在这种模式的。
2.UNC-51激酶活性增强了肌动蛋白/肌球蛋白溶液的黏性，因而能促进肌肉的收缩。
3.我们首次提出，在细胞内，UNC-51激酶通过调节对微丝和微管的竞争性结合，竞争性磷酸化和竞争性脱聚合，导致片状伪足(或突起)的伸出和神经轴突的形成，称其UNC-51激酶竞争协调细胞骨架诱导神经轴突形成的竞争协调模式。
4.UNC-51激酶作为第一个和细胞骨架系统的主要蛋白(微管蛋白和驱动蛋白，肌动蛋白和肌球蛋白)在构造和功能上都相互作用的酶，且是对微管及微丝都有脱聚合作用的第一个酶，在这里首次提议也称其为细胞骨架激酶-1 (Cytoskeleton kinase-1 or-Tian)或细胞骨架酶 _1 (Cytoskeletonase-1 or-Tian)。
5.上记三项要求的技术原理在生命科学，脑科学，肿瘤科学，计算机科学，宇宙科学，交通科学，医学，药学和制药学，中药科学，各种疾病的治疗法，医疗技术以及所有其他方面的应 用和推广。
全文摘要
在神经形成，肌肉收缩，细胞分裂，细胞运动和细胞凋亡等各种细胞生命活动中，微管和微丝两种细胞骨架系统之间的协调是非常重要的，但这种协调的分子机理还不清楚。组成肌肉的肌动蛋白和肌球蛋白之间的协调作用机理也还不清楚。本研究从模式生物秀丽线虫由来的UNC-51激酶既和微管蛋白也和肌动蛋白作用，既和肌动蛋白也和肌球蛋白作用的事实出发，首次显示UNC-51激酶对线虫体的正常微管构造，肌肉构造的形成以及肌肉收缩都有不可缺少的重要影响；并首次提出了UNC-51激酶通过调节微丝和微管两细胞骨架系统的动态变化及协调从而诱导神经轴突形成的竞争协调新模式。
文档编号A61P21/00GK103157098SQ20111040770
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者田怀泽, 李素云, 田华希 申请人:彩虹天健康科技研究(北京)有限责任公司