第 377 期

研究發展
探討多重複KH區域蛋白Vgl1在裂殖酵母菌於逆境所扮演的角色
NHRI researchers investigate roles of Vgl1, a multi-KH domain protein in fission yeast under stresses



細胞正常功能的行使倚賴正確基因的表達（RNA的轉錄與轉譯）；而改變RNA在細胞中分布的位置會影響其轉譯的效能，此為調控基因表達重要的一環。若此過程出現缺失，將導致細胞病變乃至癌化；而在神經細胞，則與退化作用有關。在此調控機制中，RNA結合蛋白例如含有KH區域的蛋白（RNA-binding protein containing K homology domain）扮演重要的角色。KH區域包含45個重複的胺基酸，此區域在許多的RNA結合蛋白具有高度的相似度。最早發現含有KH區域的蛋白為pre-mRNA binding protein K（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K, hnRNP K）。近來研究發現，含有KH區域的蛋白FMR及Nova-1分別與 X染色體脆折症（fragile X syndrome）及副腎上腺斜視眼陣攣―肌陣攣運動失調症（paraneoplastic opsoclonus-myoclonus ataxia, POMA）疾病有關。

在某些特定蛋白中，包含多重複KH區域（multi KH-domain），例如出芽酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）的Scp160。Scp160結合於多核醣體，並靠近於轉譯延長分子1A（translation elongation factor 1A）與WD-repeat protein Asc1。透過免疫螢光染色與綠螢光蛋白標定實驗顯示：Scp160位於細胞質，並高度分布於核被膜（nuclear envelope）和粗糙內質網（rough endoplasmic reticulum）。雖然剔除SCP160基因並不影響細胞生存，但卻造成細胞核不正常分裂，導致DNA含量增加與細胞型態增大。此外，若同時剔除SCP160與EAP1基因將造成細胞死亡。EAP1是eIF4E的結合蛋白，參與調控轉譯啟動與紡垂體極體（spindle pole body）形成，因此推斷Scp160連結轉譯分子與中心體（centrosome）複製有關。相較於Scp160，於其他物種中這些統稱為Vigilin的同源蛋白（圖一），其作用機制與詳盡的功能則仍有待進一步研究。

以裂殖酵母菌（Schizosaccharomyces pombe）研究細胞週期調控之機轉是遺傳學探討人類基因功能相當有力的研究模式；且在演化學分析中，裂殖酵母菌較出芽酵母菌更接近於人類。為進一步了解Vigilin在其他生物個體生理功能上所扮演的角色，本院分子與基因醫學研究組王紹文助研究員、王淳郁博士後研究員分離並鑑定出裂殖酵母菌的同源蛋白Vgl1並對其生理功能作進一步探討。研究結果發現裂殖酵母菌的Vgl1包含多重複KH區域，並高度相似於人類Vigilin。不同於Scp160，剔除vgl1基因並不影響裂殖酵母菌細胞大小與DNA倍數性。研究團隊結果同時顯示︰vgl1基因的缺失會導致突變菌株對於高溫異常敏感，因此推論Vgl1蛋白在細胞對外在環境因子改變的調適反應中扮演重要的角色。比較特別的是在熱休克作用下，Vgl1蛋白在細胞質內會形成顆粒狀的結構（圖二）。研究團隊也針對這些結構的組成進行分析，發現這些結構相當於高等生物stress granules的構造。在先前的研究認為酵母菌並不具有stress granules的構造，然而與其他實驗室的結果證實︰酵母菌stress granules的構造確實存在。許多組成stress granules結構的蛋白，在人類細胞生理功能上均扮演重要的角色。而其中一個重要的分子G3BP，不僅在stress granules結構的形成上扮演重要的角色，且G3BP蛋白在癌細胞中有過度表現的現象。初步的研究證實︰G3BP的同源蛋白在裂殖酵母菌是stress granules組成分子之一。在未來的實驗，研究團隊將針對這些結構及其組成蛋白，特別是G3BP的同源蛋白在裂殖酵母菌中，作進一步的分析與研究。此裂殖酵母菌的研究將有助於了解人類同源基因的功能，及其在細胞癌化所扮演的角色。相關研究結果發表於Nucleic Acids Research (2010, in press).

《文/圖：分子與基因醫學研究組王紹文助研究員、王淳郁博士後研究員》