细胞极性（cell polarity ）

生物谷报道：来自宾夕法尼亚大学医学院细胞与发育生物学系，武汉大学生命科学学院病毒学国家重点实验室，杜克大学医学中心的研究人员解开了决定细胞极性关键因子：Rho-家族GTP-结合蛋白Cdc42p的调控之谜，为研究细胞极性研究提供了重要信息，这一研究成果公布在The Journal of Cell Biology杂志上。

领导这一研究的是宾夕法尼亚大学细胞分子生物学家毕尔飞（ Erfei Bi,Ph.D）副教授，现任海南大学客作教授。参与这一研究的还有在这一实验室进行博士后研究，同属于武汉大学的高向东（Xiang-Dong Gao，生物谷注）博士。

细胞具有极性。细胞极性（cell polarity）对正常的细胞功能非常重要，在细胞分化、细胞迁移、细胞质分裂、以及组织器官的形成等众多生物学过程起着关键性的作用，而且极性的丢失与癌症等疾病状态有关。举例来说，对神经细胞而言，所谓极性是指一个神经细胞通常有两种纤维，即树突和轴突，其中树突专门用来接收信号，轴突则只用来发送信号。

科学家通过对酵母菌的研究，已经对细胞极性这个问题有了初步的成果，比如之前研究发现一种叫做EIP1的基因在调节细胞极性过程中非常关键。近期的研究发现Rho-家族GTP-结合蛋白Cdc42p在细胞极性建立过程中起着关键性的作用，但是对于Cdc42p是如何被调节控制的却了解不多。

在这篇文章中，研究人员以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae，生物谷注）模式生物作为研究对象，对细胞极性建立过程中Cdc42p的调控进行了研究。

他们发现Cdc42 鸟苷三磷酸酶激活蛋白（guanosine triphosphatase–activating protein，GAP，生物谷注）Rga1在分裂位点构建了一个隔离带（exclusion zone，生物谷注），从而阻断了这一位点的极化（polarization），并且在缺失Rga1 GAP活性的时候，新的芽菌会在旧分裂点形成。因此研究人员认为Cdc42激活因子与GAPs共同建立了分裂的中心区，从而极性指向邻近区域，而不是在之前的细胞分裂位点。

生物谷推进原始出处：

Published online 31 December 2007
doi:10.1083/jcb.200705160
The Journal of Cell Biology, Vol. 179, No. 7, 1375-1384

Adjacent positioning of cellular structures enabled by a Cdc42 GTPase-activating protein–mediated zone of inhibition

Zongtian Tong1, Xiang-Dong Gao1,2, Audrey S. Howell3, Indrani Bose3, Daniel J. Lew3, and Erfei Bi1

1 Department of Cell and Developmental Biology, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, PA 19104
2 State Key Laboratory of Virology, College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China
3 Department of Pharmacology and Cancer Biology, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710

Correspondence to E. Bi:

Cells of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae are born carrying localized transmembrane landmark proteins that guide the subsequent establishment of a polarity axis and hence polarized growth to form a bud in the next cell cycle. In haploid cells, the relevant landmark proteins are concentrated at the site of the preceding cell division, to which they recruit Cdc24, the guanine nucleotide exchange factor for the conserved polarity regulator Cdc42. However, instead of polarizing at the division site, the new polarity axis is directed next to but not overlapping that site. Here, we show that the Cdc42 guanosine triphosphatase–activating protein (GAP) Rga1 establishes an exclusion zone at the division site that blocks subsequent polarization within that site. In the absence of localized Rga1 GAP activity, new buds do in fact form within the old division site. Thus, Cdc42 activators and GAPs establish concentric zones of action such that polarization is directed to occur adjacent to but not within the previous cell division site.

Abbreviations used in this paper: GAP, GTPase-activating protein; GEF, guanine nucleotide exchange factor; PBD, p21 binding domain; SEM, scanning EM.

酿酒酵母菌属于酵母菌科。单细胞，卵圆形或球形，具细胞壁、细胞质膜、细胞核(极微小，常不易见到)、液孢、粒 线体及各种贮藏物质，如油滴、肝糖等。繁殖方式有3种：①出芽繁殖，出芽时，由母细胞生出小突起，为芽体(芽孢子)，经核分裂后，一个子核移入芽体中，芽体长大后与母细胞分离，单独成为新个体。繁殖旺盛时，芽体未离开母体又生新芽，常有许多芽细胞联成一串，称为假菌丝；②孢子繁殖，在不利的环境下，细胞变成子囊，内生4个孢子，子囊破裂后，散出孢子；②接合繁殖，有时每两个子囊孢子或由它产生的两个芽体，双双结合成合子，合子不立即形成子囊，而产生若干代二倍体的细胞，然后在适宜的环境下进行减数分裂，形成子囊，再产生孢子。
酵母菌形态虽然简单，但生理却比较复杂，种类也比较多，应用也是多方面的。在工业上用于酿酒，酵母菌将葡萄糖、果糖、甘露糖等单糖吸入细胞内，在无氧的条件下，经过内酶的作用，把单糖分解为二氧化碳和酒精。此作用即发酵。在医药上，因酵母菌富含维生素B、蛋白质和多种酶，菌体可制成酵母片。治疗消化不良，并可从酵母菌中提取生产核酸类衍生物、辅酶A、细胞色素C、谷胱甘肽和多种氨基酸的原料。

附：
ERFEI BI, Ph.D.
Development of cell polarity and
control of cytokinesis in budding yeast
Associate Professor
Email:

华人科学家发现导致细胞极性的特殊分子遗传机制
作者: 来源:生物通 发布者: 亦云 类别:新闻扫描
日期: 2006-08-20 今日/总浏览: 8/39
         佛罗里达州立大学（FSU）的生物学家等人发现了一种导致细胞极性的特殊分子遗传机制，这一研究具有里程碑的意义。细胞形状和组成物的不对称对于细胞正常功能来说至关重要，这一在果蝇卵子细胞里的发现将会帮助阐明人类肌肉营养不良症（muscular   dystrophy）和癌症是怎样发生的。这项研究是由FSU的助理教授Wu-Min   Deng和生物科学系的博士生John   S.   Poulton开展的，希望能对细胞极性及其发生有一个全面的理解。该研究成果发表在8月14日的PNAS网络版上。
         由于许多与细胞-细胞之间交流相关的基因诱发了果蝇卵母细胞极性的发生，而这些基因在上述的人类疾病发生机理扮演着重要的角色。“我们已经确证了果蝇卵子细胞极化作用中的一种新成分和决定果蝇头部和腹部的前后的信号通路,”Deng说。
         “这个由果蝇卵母细胞生物模型得到的发现在人体中具有广泛的意义。例如，大脑里的神经元细胞有意地极性化来翻译来自感觉器官的信息；肠细胞需要极性化来吸收营养并将营养转移到血液中去。”Deng说。
         Poulton解释说，为了保证果蝇卵母细胞的机型，它周围的细胞激活一种经典的信号通路——表皮生长因子受体(EGFR)通路。
         “我们的研究表明果蝇卵母细胞周围的细胞的EGFR激活后，将Dystroglycan基因关闭，终止了它的蛋白产物。EGFR必须关闭Dystroglycan基因才能保证卵母细胞的正确极性化。”Poulton说。
         “我们通过观察到卵母细胞周围的细胞EGFR信号通路上的基因突变后导致了Dystroglycan蛋白水平的异常升高，而Dystroglycan蛋白是阻碍卵母细胞正常极化的因素，这就证实了以上结论。尽管在EGFR通路基因突变的情况下，我们人为关闭Dystroglycan基因后也能够实现修复正常的极性，”他说。
         “虽然很多东西仍然未知，但是我们的研究已经证实了EGFR对Dystroglycan基因的调控在卵母细胞的极化中起着重要的作用，”Deng说，“这位理解细胞与细胞之间的精确交流增加了枢纽性的联系。”
         为了赞赏FSU科学家的这一开创性工作，NIH将竞争激烈的"R01"   （Research   Project   Grant）授予Deng。自2004年加入FSU以来，Deng领导了一个果蝇卵子发生研究项目，目的是揭示细胞与细胞之间交流的机制。相关的发现发表在2005年的《Development》杂志上。
         他们目前的研究项目——“EGFR信号通路下调Dystroglycan基因与果蝇卵母细胞前后极性的形成”——在很大程度上依赖于最先进的激光共聚焦显微镜（laser   confocal   microscope），该仪器是由FSU生物科学成像资源部提供的设备。项目的经费资助部分来源于美国心脏协会。       （生物通：亚历）
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