《SCIENCE ADVANCES》：Phosphorylation by Aurora kinase A facilitates cortical-cytoplasmic dynamics of Par-3 in asymmetric division of radial glia progenitors
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在放射狀膠質祖細胞（RGPs）不對稱分裂（ACD）中，Par-3 胞質定位機制及作用未知。本研究通過體內延時成像等發現，Aurora 激酶 A（AurkA）磷酸化 Par-3 的 Ser954，調控其動態及 Dld 內體極性分布，影響子代細胞命運，為神經發育及相關疾病研究提供新視角。
論文解讀
在早期腦發育的神秘舞臺上，神經干細胞 —— 放射狀膠質祖細胞（RGPs）如同精密的命運分配者，通過不對稱分裂（ACD）產生一個維持自我更新的干細胞和一個走向分化的神經元。這一過程的精準調控至關重要，稍有偏差便可能引發發育缺陷或癌癥。然而，作為皮層極性調節因子的 Par-3 蛋白，其在胞質中的動態分布機制及其對 RGP 不對稱分裂的影響，一直是困擾科學界的謎題。Par-3 曾被認為僅在細胞皮層發揮作用，但近年研究發現，它在分裂中的 RGPs 胞質內與動力蛋白（dynein）及 Notch 配體 DeltaD（Dld）共定位，且與 Dld 內體的不對稱 segregation 密切相關。那么，究竟是什么力量驅動 Par-3 進入胞質？這種動態調控又如何塑造細胞極性和子代命運？
為揭開這些謎團，來自國外研究機構的研究人員聚焦于細胞周期依賴性激酶 Aurora 激酶 A（AurkA），開展了一系列深入研究。他們利用斑馬魚模型，結合體內延時成像、分子遺傳學、藥理學及生物化學等技術，發現 AurkA 通過磷酸化 Par-3 的 Ser954位點，調控其皮層與胞質間的動態平衡，進而影響 RGP 不對稱分裂及子代細胞命運。該研究成果發表在《SCIENCE ADVANCES》，為理解神經發育的分子機制及相關疾病的病理過程提供了關鍵線索。
研究人員主要采用了以下關鍵技術方法：
- 體內延時成像：利用 Par-3-GFP 報告基因，實時追蹤 RGPs 分裂過程中 Par-3 的動態分布，觀察其胞質定位與細胞周期的關聯。
- 突變體分析：構建 Par-3 磷酸化位點突變體（如 Par-3S954A），通過顯微注射至斑馬魚胚胎，分析其對胚胎發育、Par-3 動態及子代細胞命運的影響。
- 體外激酶實驗：通過體外翻譯 Par-3 蛋白及 AurkA 重組蛋白，驗證 AurkA 對 Par-3 的直接磷酸化作用。
- 藥理學干預：使用 AurkA 抑制劑 MK-5108 處理胚胎，研究 AurkA 活性缺失對 Par-3 分布及 RGP 分裂的影響。
研究結果
體內延時成像揭示有絲分裂 RGPs 中胞質 Par-3 的動態
通過標記 Par-3-GFP 及 Dld 抗體，研究發現有絲分裂期 RGPs 的胞質中存在 Par-3 與 Dld 內體的共定位復合物，且該復合物在分裂過程中向后代細胞方向移動。敲低內源性 Par-3 并表達外源性 Par-3-GFP 后，胞質 Par-3 信號增強，提示其可能來源于皮層池。
Par-3S954A的系統性表達顯著干擾胚胎腦發育
在斑馬魚胚胎中過表達 Par-3S954A突變體，導致胚胎腦形態異常，類似于 Par-3 敲除表型。而單獨突變 Ser227無明顯影響，表明 Ser954是 AurkA 磷酸化的關鍵位點。
稀疏表達的 Par-3S954A在有絲分裂 RGPs 中胞質定位減少
定量分析顯示，Par-3S954A突變體在有絲分裂中期和末期的胞質信號顯著降低，皮層信號增強，表明 Ser954磷酸化促進 Par-3 從皮層向胞質轉移。
Par-3S954A在前后皮層不對稱性方面存在缺陷，并干擾 Dld 內體的極化動態
Par-3S954A突變體破壞了 Par-3 與 Dld 內體向后代細胞的不對稱分配，導致兩者在子代細胞中的分布趨于對稱，且 Dld 內吞減少，提示 Par-3 磷酸化對維持極性分布至關重要。
Par-3S954A干擾祖細胞 - 神經元的命運特化
EDU 標記實驗表明，Par-3S954A表達胚胎中，EDU+HuC+細胞比例下降，EDU+HuC?細胞比例上升，說明 Par-3 磷酸化缺陷阻礙祖細胞退出細胞周期并向神經元分化。
AurkA 在體外磷酸化斑馬魚 Par-3 的 Ser954
體外激酶實驗證實，AurkA 可直接磷酸化 Par-3 的 Ser954位點，而 Ser954A和雙突變體（SA）的磷酸化水平顯著降低，進一步確認了兩者的直接相互作用。
體內延時成像顯示 AurkA 與皮層 Par-3 的瞬時共定位與 Par-3 皮層不對稱性的方向性相關
AurkA 在有絲分裂 RGPs 中呈現中心體周圍動態分布，其與皮層 Par-3 的瞬時共定位多見于后代細胞側，且共定位側與 Par-3 不對稱分布方向一致，提示 AurkA 通過局部磷酸化調控 Par-3 極性。
瞬時抑制 AurkA 活性會減少胞質 Par-3，并破壞 Par-3 皮層不對稱性和 Dld 內體的極化動態
AurkA 抑制劑處理導致胞質 Par-3 減少、皮層 Par-3 增加，同時破壞 Par-3 與 Dld 內體的不對稱分布，表明 AurkA 活性對維持 Par-3 動態及極性至關重要。
過表達 AurkA 會增加胞質 Par-3 的存在，并破壞 Par-3 皮層不對稱性和 Dld 內體的極化動態
過表達 AurkA 導致皮層 Par-3 減少、非頂端（胞質及基底）Par-3 增加，且 Par-3 與 Dld 內體的不對稱性被顯著破壞，提示 AurkA 磷酸化水平的平衡對 RGP 分裂至關重要。
研究結論與討論
本研究揭示了 AurkA 通過磷酸化 Par-3 的 Ser954位點，調控其在皮層與胞質之間的動態平衡，進而影響 RGP 不對稱分裂中 Dld 內體的極性分布及子代細胞命運。具體而言，在有絲分裂期，AurkA 與皮層 Par-3 在后代細胞側瞬時共定位并磷酸化 Par-3，促使其從皮層轉移至胞質，與動力蛋白結合形成復合物，驅動 Dld 內體向后代細胞方向移動，最終實現不對稱分配。這一過程確保了后代細胞維持祖細胞狀態，而前體細胞走向分化。
研究首次將 AurkA 的細胞周期調控功能與 Par-3 的極性動態結合，為理解神經干細胞不對稱分裂的分子機制提供了新框架。同時，Par-3 胞質定位與癌癥預后的關聯提示，該通路可能為神經發育異常及腫瘤發生的研究提供潛在靶點。盡管研究尚未在體內直接驗證 Par-3 的 Ser954磷酸化，但體外實驗及突變體表型已充分支持 AurkA 在此過程中的核心作用。未來，條件性基因編輯技術的應用將進一步解析該機制在不同發育階段的特異性功能。
總之，這項研究不僅填補了 Par-3 胞質動態調控機制的空白，更揭示了細胞周期激酶與極性蛋白網絡在神經發育中的精密協作，為深入探索大腦發育及相關疾病奠定了重要基礎。
