Elongator新功能：控制紡錘體以及細胞命運決定因子的極性

撰文 | 十一月

不對稱細胞分裂

（Asymmetric cell division，

ACD

）會產生兩個子細胞，透過繼承不同的決定因子從而獲得不同的命運。包含

細胞命運決定因子

（Cell fate determinants）的核內體（Endosomes）的運輸成為不對稱細胞分裂進化上保守的特徵，確定不對稱細胞命運決定的穩健性

【1-2】

。不對稱的中央紡錘體對訊號核內體的極性分選有助於果蠅的不對稱細胞分裂，然而中央紡錘體的不對稱是如何產生的仍不清楚。

近日，英國MRC分子生物學實驗室

Emmanuel Derivery

研究組與瑞士日內瓦大學

Marcos Gonzalez Gaitan

研究組合作在

Nature Cell Biology

上發表了文章

Elongator stabilizes microtubules to control central spindle asymmetry and polarized trafficking of cell fate determinants

，

發現Elongator具有“兼職作用”，透過調節微管動力學穩定微管促進不對稱性建立，且該功能獨立於其本身的乙醯化和甲基化酶活性。

在黑腹果蠅中，

感覺器官前體

（Sensory organ precursor，

SOP

）細胞不對稱分裂，產生pIIb和pIIa細胞

【3】

。細胞命運分配過程中Sara（Smad anchor for receptor activation）訊號不對稱地分佈到pIIa細胞，核內體中包含細胞命運決定因子Notch以及其配體Delta，從而導致了訊號不對稱，促進了命運的分歧進展。SOP中最近的研究表明，核內體的不對稱分離是由於中央紡錘體在分裂後期的斷裂引起的，中心紡錘體的pIIb側比pIIa側有更高的微管密度。在有絲分裂過程中Sara核內體被Klp98A的正端動力蛋白沿著微管運輸，因此微管密度的不對稱使這些小泡的運動傾向於pIIa細胞。

但是中央紡錘體的不對稱性是如何產生的呢？為此，透過候選基因篩選作者們發現了唯一的候選因子Elongator。Elongator是一個進化上高度保守的蛋白質複合體，由六個亞基Elp1-6組成，催化亞基Elp3具有乙醯化和甲基化酶活性活性。透過敲低Elp3，作者們發現SOP中的中央紡錘體由不對稱變得對稱

（圖1）

，其他核心亞基的敲低的也會造成不對稱性的消失。內源性微管蛋白的Jupiter-GFP在野生型以及Elp3 RNAi中的分佈也證實了該表型，說明Elongator透過增加微管的密度來建立SOP子代細胞的不對稱性。

圖1 Elongator控制SOP有絲分裂過程中中央紡錘體的不對稱性

隨後作者們希望探究Elongator敲低是是否會導致Sara核內體極性運輸的缺陷，從而導致細胞命運的變化。作者們透過跟蹤Notch配體Delta內化，發現在野生型中，Sara核內體靶向於紡錘體，在後期/末期不對稱地分離到pIIa子細胞中；Sara核內體在Elp3敲低後則是對稱分佈的。因此，Elongator對於極化Sara核內體的運輸至關重要。

接下來，作者們透過檢測Elongator在有絲分裂的SOP中的分佈來探究Elongator控制中央紡錘體不對稱性的機制。作者們發現Elongator在有絲分裂期間定位於紡錘體，且透過全內反射熒光顯微鏡檢測發現Elongator與微管存在共定位

（圖2）

。免疫共沉澱的結果也確認了兩者之間的直接相互作用。

圖2 Elongator與中央紡錘體共定位且與微管蛋白直接相互作用

前文提到Elongator催化亞基具有乙醯化以及甲基化酶活性，但是透過引入酶活性突變體，發現Elongator在SOP細胞建立不對稱性過程中並不依賴於這兩種酶活性。該結果說明Elongator在極性建立過程中發揮著新功能。進一步地，作者們發現Elongator可以穩定微管蛋白並控制核內體運輸的不對稱性。

總的來說，作者們的工作發現Elongator複合體的“兼職身份”，在SOP細胞命運極性分佈過程中負責穩定穩定中心紡錘前側的微管來控制紡錘不對稱，但該功能獨立於其乙醯化以及甲基化酶活性存在。Elongator直接與微管結合穩定微管蛋白，從而促進不對稱性建立過程的進行，揭開了Elongator在細胞骨架極性和非對稱訊號傳導核心的非典型作用。

原文連結：

https://doi.org/10.1038/s41556-022-01020-9

參考文獻

1。 Coumailleau， F。， Furthauer， M。， Knoblich， J。 A。 & Gonzalez-Gaitan， M。 Directional Delta and Notch trafficking in Sara endosomes during asymmetric cell division。

Nature

458， 1051–1055 （2009）。

2。 Derivery， E。 et al。 Polarized endosome dynamics by spindle asymmetry during asymmetric cell division。

Nature

528， 280–285 （2015）。

3。 Gho， M。， Bellaiche， Y。 & Schweisguth， F。 Revisiting the Drosophila microchaete lineage： a novel intrinsically asymmetric cell division generates a glial cell。

Development

126， 3573–3584 （1999）。

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