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            中國科學(xué)院水生生物研究所歡迎您的來(lái)訪(fǎng)！
        
        
        
    
        

        

        
    
        
        
        
            
        
                
            
        
            
        
                
        
                    
                
        
            
        
        
        
    
        

        





        
    
        
        
        
            

        
        
        
        
            
        
                
                
                
        
					  
        
						  
        黃開(kāi)耀　研究員
        博士研究生
        
						  
        
							
        
								
        
							
        
							
        
								
        
                                    
        
                                            
                                              
        
                                                職　　稱(chēng)：
                                                研究員
                                              
        
                                              
        
                                                學(xué)　　歷：
                                                博士研究生
                                              
        
                                              
        
                                                聯(lián)系方式：
                                                86-27-68780901
                                              
        
                                              
        
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        簡(jiǎn)歷介紹：
         
        1988, 9-1992, 6  湖北大學(xué); 理學(xué)學(xué)士學(xué)位; 生物學(xué)專(zhuān)業(yè)

        1992, 7-1995, 8          鄖陽(yáng)師范專(zhuān)科學(xué)校; 講師         
        1995, 9-1998, 9  武漢大學(xué); 碩士學(xué)位; 遺傳學(xué)專(zhuān)業(yè)            
        1998, 10-2004,4  德國FREIBURG 大學(xué); 博士學(xué)位; 分子遺傳專(zhuān)業(yè)   
        2004, 5-2009, 8  耶魯大學(xué)分子、細胞及發(fā)育系; 博士后研究工作 
        2009, 9-2011,1   耶魯大學(xué); 合作研究科學(xué)家（Associate Research Scientist) 
        2011, 1-現在     中國科學(xué)院水生所研究員
         
        研究?jì)热?/span> 
         纖毛/鞭毛是指突出在真核細胞表面的一類(lèi)毛發(fā)狀細胞器，由微管組成的軸絲和外面包裹的纖毛膜組成。纖毛不僅存在于單細胞原生動(dòng)物之中，也廣泛存在于高等動(dòng)物的細胞中。纖毛根據其軸絲的結構可分為9+2型運動(dòng)纖毛和9+0型初級纖毛（圖一）。纖毛的異常能導致一系列人類(lèi)疾病，如男性不育、呼吸道疾病、腎囊腫、神經(jīng)系統發(fā)育缺陷、眼盲、耳聾、肥胖癥和癌癥等，這些病統稱(chēng)為纖毛病。目前本實(shí)驗室的研究重點(diǎn)是：  
        圖一、鞭毛/纖毛的結構和類(lèi)型。A，鞭毛/纖毛的結構，包括軸絲（Axoneme）,鞭毛/纖毛膜（Ciliary membrane）,與之相關(guān)的結構有基體（Basal Body）和Transition fibers。B，9+2型運動(dòng)鞭毛/纖毛，如：衣藻的鞭毛（C）和呼吸道纖毛（D）。E，9+0型原纖毛，如腎表皮纖毛（F）和光受體細胞中連接纖毛（G）。（圖A，D，F，G來(lái)源于Pedersen and Rosenbaum 2008 和Rosenbaum and Witman,2002.） 
        1. IFT蛋白復合體在基體組裝  
         纖毛的形成、解聚和纖毛內信號傳導依賴(lài)于鞭毛內運輸機制（Intraflagellar Transport， IFT），耶魯大學(xué)Joel Rosenbaum教授實(shí)驗室的博士生Kozminski利用DIC顯微鏡首先在衣藻的鞭毛中觀(guān)察到IFT運輸(Kozminski et al.,1993)。IFT復合體在衣藻中有17種蛋白，分別組成IFT-A和IFT-B復合體, 從纖毛基部到頂端的正向（Anterograde) IFT運輸由分子馬達kinesin-2驅動(dòng)，反向 (Retrograde)IFT運輸的分子馬達是dynein-2 。IFT蛋白在進(jìn)化上非常保守，存在于所有具有纖毛的生物中。本學(xué)科組利用原生生物衣藻、動(dòng)物細胞系、斑馬魚(yú)等模式生物來(lái)研究纖毛的形成及執行分泌功能的分子機理。  
         目前發(fā)現在纖毛中運動(dòng)的IFT蛋白只占整個(gè)細胞全部IFT蛋白的20%，共聚焦顯微鏡下可觀(guān)察到大量IFT蛋白聚集于纖毛的基體部位。在這個(gè)特定的區域，IFT-B復合體需要與參與纖毛組裝的蛋白前體結合，在kinesin-2驅動(dòng)下，將這些纖毛蛋白前體攜帶進(jìn)入纖毛；IFT-A復合體在dynein-2驅動(dòng)下將纖毛的解聚產(chǎn)物運出纖毛后，在基體部位需要與IFT-B組裝，然后再次進(jìn)入纖毛。我們最近的研究表明IFT-B復合體中的IFT52與IFT46在細胞質(zhì)或內質(zhì)網(wǎng)附近形成復合體，然后定位到基體（圖二），否定了IFT蛋白復合體在基體組裝的觀(guān)點(diǎn)。下一步我們將深入研究IFT52在基體的定位機理；IFT-B、kinesin-2和纖毛前體蛋白超級復合體在基體的組裝和定位；IFT-A、dynein-2和纖毛解聚蛋白超級復合體的解聚；以及IFT-A、IFT-B、kinesin-2和 dynein-2超級復合體超微結構。  
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        圖二、IFT46基體定位的模型。新合成的IFT46與IFT52在細胞質(zhì)或者高爾基體上預組裝成復合體經(jīng)由囊泡或者非囊泡介導的途徑定位于基體。 
        2. 纖毛囊泡分泌的機理及功能  
         纖毛/鞭毛的功能分為三類(lèi)：一是運動(dòng)功能，單細胞真核生物衣藻利用鞭毛驅動(dòng)細胞游動(dòng)，哺乳動(dòng)物上呼吸道中的纖毛通過(guò)有方向性運動(dòng)將細菌和灰塵排出體外。二是感受功能，纖毛相當于細胞的天線(xiàn)，控制動(dòng)物器官發(fā)生和動(dòng)物發(fā)育的信號傳導通路。最近的研究發(fā)現纖毛還具有分泌功能，纖毛囊泡（ciliary ectosome）能從纖毛膜上分泌出來(lái)，攜帶特異的酶和受體，在細胞間進(jìn)行信號傳導。  
         纖毛中的分泌功能首先是在模式生物衣藻中發(fā)現，在衣藻有絲分裂后期的母細胞中，子細胞纖毛可以分泌囊泡至胞外，囊泡上攜帶有用來(lái)降解母細胞壁的蛋白水解酶VLE（Vegetative Lytic Enzyme），將母細胞壁降解后釋放出子細胞(Wood et al., 2013)，該發(fā)現證明纖毛可以通過(guò)分泌途徑與外界環(huán)境或其他細胞之間進(jìn)行交流。進(jìn)一步的研究表明在衣藻的交配過(guò)程中，纖毛囊泡還參與調節纖毛膜的蛋白組成、誘導配子出現mating反應（圖三）(Cao et al., 2015)。最新的研究表明，哺乳動(dòng)物細胞的初級纖毛在特定條件下可以分泌囊泡至胞外，參與調控細胞周期的進(jìn)程(Phua et al., 2017)。哺乳動(dòng)物細胞分泌的纖毛囊泡還與纖毛膜上的GPCR受體更新相關(guān)(Nager et al., 2017)。這些研究表明，纖毛囊泡的分泌是一種在進(jìn)化上非常保守的細胞和細胞間進(jìn)行物質(zhì)運輸和信號交流的途徑，那么纖毛囊泡如何對蛋白進(jìn)行分選？纖毛囊泡分泌的分子機理和調控機制是什么？是我們要回答的科學(xué)問(wèn)題。  
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        圖三、纖毛的分泌功能存在于不同物種的纖毛中。A，有絲分裂過(guò)程中，衣藻纖毛分泌囊泡，其含有的活性蛋白酶用來(lái)降解母細胞壁，釋放子細胞(Wood et al., 2013)。B，mating中的衣藻纖毛可從纖毛頂部分泌囊泡至胞外(Cao et al., 2015)。C，衣藻纖毛解聚過(guò)程中，纖毛囊泡的分泌量顯著(zhù)增加(Long et al., 2016)。 
         我們以萊茵衣藻為模式生物來(lái)研究纖毛的分泌功能。萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)為單細胞、雙鞭毛的真核綠藻。其核基因組約120 Mb，GC含量約為64% (Hoober, 1989)，全基因組測序已于2007年完成(Merchant et al., 2007)。由于衣藻培養條件簡(jiǎn)單、生長(cháng)周期短、遺傳背景清晰、遺傳轉化技術(shù)成熟、易于獲得基因敲降或敲除突變體，被廣泛用于纖毛的形成與解聚、配子發(fā)生和交配等相關(guān)研究。此外，衣藻細胞體被細胞壁包裹，纖毛膜是唯一與外界接觸的膜區域，這為纖毛囊泡的分離純化提供便利。  
         本實(shí)驗室在前期研究中成功分離純化了衣藻在營(yíng)養生長(cháng)過(guò)程中分泌的纖毛囊泡，并對其蛋白組分與纖毛膜進(jìn)行定量蛋白組學(xué)分析。證明纖毛囊泡雖然是從纖毛膜分泌至胞外，但它們具有特異的蛋白組分(Long et al., 2016)。其中富含蛋白水解酶、small GTPase、泛素化系統酶類(lèi)等，此外，還含有3個(gè)ESCRT（內吞體運輸分揀復合體，endosomal sorting complex required for transport）相關(guān)蛋白。通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗提出纖毛囊泡分泌的模型（圖四）：含有Late Assembly Domain的蛋白募集被泛素標記的蛋白、其他囊泡貨物蛋白及ESCRT復合體蛋白，使ESCRT I復合體與纖毛囊泡的貨物結合并在纖毛上形成一個(gè)膜突起，然后Alix/PDCD6與ESCRT I復合體結合并招募ESCRT II和ESCRT III，形成budding neck，最后VPS4復合體切斷budding neck，使纖毛囊泡脫離纖毛膜。  
        http://ciliaift.gotoip1.com/Uploads/Editor/2017-09-10/59b534c9eace3.png 
        圖四、纖毛囊泡分泌的分子模型 
        在今后的研究中，我們將利用超高分辨顯微觀(guān)察、BioID(Biotin Identification)、比較蛋白組學(xué)、功能域突變等方法，進(jìn)一步深入研究ESCRT-I/II/III、泛素系統蛋白、small GTPase和actin相關(guān)蛋白協(xié)同介導纖毛囊泡分泌的分子機理。結合正向遺傳學(xué)方法篩選獲得纖毛囊泡分泌缺陷型突變體，鑒定新的纖毛囊泡分泌的調控因子，并解析其調控機制，為進(jìn)一步弄清纖毛的分泌功能及其涉及的細胞生理過(guò)程打下基礎。  
        3．微藻富集有機硒機理及有機硒產(chǎn)品的開(kāi)發(fā) 
         硒是人體必須的微量元素之一。人體有25種硒蛋白，硒以硒代半胱氨酸的形式位于硒蛋白的酶活中心，硒蛋白在維持人體氧化還原平衡等方面起著(zhù)重要的作用（Labunskyy et al.,2014）。動(dòng)、植物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)氧化氫等活性氧，在體內使蛋白質(zhì)和脂肪酸發(fā)生氧化，對生物膜和細胞造成損害，而硒蛋白具有清除體內自由基的功能；適量的硒具有提高機體免疫力的作用，提高免疫球蛋白和抗體的量，增強T細胞介導的特異性免疫。缺硒將導致機體某些代謝過(guò)程受阻，大量自由基積累而引發(fā)各種疾病。我國硒資源分布嚴重不均，大部分地區屬于缺硒地區，如黑龍江、 吉林、 青海、 陜西、 四川和西藏等地嚴重缺硒。人工補硒有補充無(wú)機硒和有機硒兩種途徑。相對無(wú)機硒雜質(zhì)多、利用率低、長(cháng)期服用安全性差等副作用，有機硒具有吸收慢、毒性低、利用率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，人體服用有機硒更為安全。  
        http://ciliaift.gotoip1.com/Uploads/Editor/2017-08-28/59a4089c93603.png 
        圖五、衣藻中的10種硒蛋白及真核生物中硒蛋白的合成機理 
        藻類(lèi)對硒具有較強的富集能力，是硒有機化的良好載體。本實(shí)驗室所用的模式生物衣藻是屬于綠藻門(mén)的真核生物，具有類(lèi)似于動(dòng)物的硒蛋白翻譯系統(Zhang et al.,2009)含有10種硒蛋白(Novoselov et al.,2002)，且多與人類(lèi)硒蛋白有同源性(圖五)。本課題組將在研究硒蛋白在衣藻中的合成和功能的基礎上，致力于富硒蛋白、富硒農作物、富硒功能性食品的開(kāi)發(fā)。  
        參考文獻  
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        研究方向：
        藻類(lèi)細胞生物學(xué)
         
        代表論著(zhù)：
         
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