Rac1和Cdc42梯度形成的光遗传学解析

摘要： 在细胞迁移过程中，Rho GTP酶会自发形成界定细胞前后端的空间梯度。前端区域活性Cdc42形成陡峭梯度，而活性Rac1则呈现数微米外达峰值的延展分布模式。这些梯度的塑造机制是什么？其形态又具有何种功能意义？本研究通过光遗传学与微图案技术联合应用发现：Cdc42与Rac1梯度并非直接由运输机制形成，而是由激活因子与失活因子的空间分布所决定。Cdc42梯度仅取决于鸟苷酸交换因子的分布，而Rac1梯度形态则需要GTP酶激活蛋白β2-chimaerin的参与——该蛋白通过Cdc42和Rac1的反馈作用在细胞尖端形成锐利定位。从功能上看，Rho GTP酶梯度的空间范围调控细胞迁移：陡峭的Cdc42梯度增强方向性，延展的Rac1梯度控制迁移速度。