图1:在裂变酵母中发现的三种肌动蛋白结构的摘要
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没有人能否认酵母绝对不是人类的好朋友。无致病性的单细胞出芽酵母酿酒酵母(通常被称为面包师或酿酒师酵母)产生二氧化碳来发酵面包，并提供啤酒和葡萄酒中的酒精。剩余的酵母提取物被制成一种可食用的酱料，在澳大利亚很受欢迎(称为“维吉麦酱”)，在英国也很受二战口粮迷的欢迎(称为“马麦酱”)。出芽酵母也提供了良好的模型系统细胞生物学家。除了是非洲小米啤酒的原料，粟酒裂殖酵母(裂变酵母)是细胞生物学家的另一个强大的模型系统。
酵母作为模式生物，在生物学研究中一直是研究基本细胞过程的重要工具。20世纪70年代，李·哈特韦尔和保罗·纳斯率先研究了细胞周期他们使用了两种酵母，并因此获得了诺贝尔奖。在这里我们考虑细胞周期的最后一个活动，称为胞质分裂．下面是这个事件有丝分裂期,当染色体种族隔离完成后子细胞就可以分离了。毫不奇怪，我们对这一复杂过程的理解得益于对酵母进行的一系列研究。
酵母胞质分裂研究中的主要问题
20世纪70年代的里程碑式实验揭示了细胞骨架蛋白在细胞质分裂中的作用。研究人员发现了肌动蛋白带和II类肌凝蛋白形成一个收缩环分裂驱动细胞质分裂的动物细胞沟(Fujiwara & Pollard 1976;Mabuchi & Okuno 1977;施罗德1973)。然而，目前还不清楚这种极其复杂的结构是如何工作的——在裂变酵母中，它由50多种蛋白质组成。环是如何在皮层中定位和组装的?环是如何组织的，它们是如何收缩的?细胞周期如何控制组装和收缩的时间?我们知道微管指导染色体的分离，来自许多系统的证据表明，微管和肌动蛋白细胞骨架之间的通信有助于调节环的组装和收缩过程有丝分裂．然而，了解来自有丝分裂器官的信号如何影响关键环组件仍然是该领域的一个主要问题。
从医学的角度来看，我们知道细胞质分裂机制是如何工作的是至关重要的。细胞质分裂异常导致染色体分裂不均(非整倍性)和多余中心体，两者都有特征许多人类肿瘤。驱动细胞快速增殖的收缩环的关键成分实际上是潜在的药物某些癌症的靶标。因此，在健壮的模式生物中建立可收缩环的基本特征是至关重要的，这样知识就可以应用于更难研究的更复杂的细胞。以下是最近对裂变酵母进行的几项研究的重点，这些研究为收缩环提供了新的见解函数．
裂变酵母模型:优点与技术
裂变酵母为研究肌动蛋白提供了一个方便的模型体系细胞骨架．该系统的优势在于其相对简单。脊椎动物的细胞骨架很复杂，有超过15种不同的肌动蛋白结构，而裂变酵母只依赖三种:肌动蛋白索、肌动蛋白斑块和收缩环(图1)。
因为裂变酵母有一个小基因组它们之间几乎没有冗余基因在美国，科学家可以很容易地识别关键的细胞质分裂基因。做到这一点的一个技巧是互补，其中裂变酵母胞质分裂突变体被转化插入的DNA段。具体地说，细胞质分裂突变体转化质粒来自裂变酵母基因组DNA的广泛质粒库的DNA。许多殖民地是通过不同的转换创建的。细胞质分裂的酵母细胞的后续分离突变体通过转化帮助识别携带感兴趣基因的确切质粒来挽救效果。这些质粒然后被进一步表征DNA测序
另一种识别关键细胞质分裂基因的方法是利用靶向控制裂变酵母基因组同源复合．这是一个标准程序，允许(除其他事项外)引入彩色标签;例如，绿色荧光蛋白质(GFP)蛋白可以与感兴趣的基因融合，并且两者都可以在真正的内源性水平同时表达。通过这种方式，复杂的成像技术可以用来跟踪基因表达通过追踪荧光蛋白这些成像技术允许高空间和时间分辨率，因此敏感跟踪蛋白质运动。这种技术进步，加上遗传功能知识基础的不断增加，应能确保这一领域继续取得快速进展。
组装戒指的两种方法
进入有丝分裂后，Cdc12p激活肌动蛋白丝的生长，与原肌凝蛋白结合并迅速伸长(Skauet al。2009)。这些细丝接触其他节点和它们的Myo2p马达，这些马达反复绑定、拉扯和打破相互连接的细丝，使环压实(Vavyloniset al。2008;带给人et al。2009;斯塔克et al。2010)。多层监管似乎都集中在Myo2p身上。保守的UCS蛋白Rng3p与热休克蛋白90 (Hsp90)伴侣合作，在Myo2p招募到分裂位点时稳定其运动活动(Lord & Pollard 2004;主et al。2008;Mishra D’索萨,et al。2005;黄et al。2000)。磷酸化Myo2p的调节轻链(RLC/Rlc1p)和肌动蛋白丝与原肌球蛋白的结合增强了Myo2p运动活性，有利于环压实(Starket al。2010;Sladewskiet al。2009)。在环组装过程中，Ain1p和Rng2p交联肌动蛋白丝成束(Takaineet al。2009;吴et al。2001)。
环组装的第二种模型，即“导索”模型的证据在于，在缺乏Mid1p和节点的细胞中，胞质分裂和生长仍然得到支持(Changet al。1996;Sohrmannet al。1996;Hachet & Simanis 2008;黄et al。2008)。没有节点的环组装依赖于分离起始网络(SIN;Hachet & Simanis 2008;黄et al。2008;施密特et al。1997)。“引导索”模型源于这样的观察:在某些条件下，肌动球蛋白索从皮质上的一个单一点生长后合并成环(图3;Arai & Mabuchi 2002;Mishra & Oliferenko 2008)。SIN是保守的信号转导引发环收缩和鼻中隔形成的途径后期(Wolfe & Gould 2005)。虽然SIN活性在环收缩时达到峰值，但在有丝分裂早期明显出现显著活性，并确保形成的环紧凑且均匀(Hachet & Simanis 2008;火花et al。1999)。在缺少Mid1p(和节点)的情况下，环是错位和无序的(Changet al。1996;Sohrmannet al。1996)。然而，组织缺陷可以通过延迟间隔形成来抑制(图3)。在Mid1和SIN功能缺失的情况下，环无法组装，突出了这两种机制的重叠作用(Hachet & Simanis 2008)。
图3:收缩环组件的牵引电缆机构。
由sin依赖的导索机制从肌动球蛋白索(红色)形成一个收缩环的示意图。在mid1-delta-cps1-191突变体中，当mid1p依赖的节点的空间组织被移除，间隔的形成被延迟时，这种机制对环组装的贡献最为明显(Huang et al. 2008)。SIN与环通信的机制概述(插图)。SIN促进细胞质中的Clp1p磷酸酶活性，从而使Cdc15p去磷酸化(Clifford et al. 2008;Chen et al. 2008;Mishra, Karagiannis, et al. 2005)。Cdc15p使用其F-BAR结构域与皮层结合并修饰/弯曲，并招募Cdc12p的formin (Carnahan & Gould 2003)。Cdc15p SH3结构域招募paxillin (Pxl1p)和C2结构域蛋白(Fic1p)来促进环的稳定性(Roberts-Galbraith et al. 2009)。
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细胞周期和环之间的通讯
关键环成分激活胞质分裂检查点当妥协。两种这样的成分(Cdc15p和Myo2p)是已知的依赖于sin的Cdc14家族磷酸酶(Clp1p;克利福德et al。2008;令et al。2006)。这些磷酸酶从核仁移动到细胞质，在那里它们去磷酸化细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)底物，导致细胞向细胞质分裂和有丝分裂出口转移(Wolfe & Gould 2005)。然而，末端SIN激酶Sid2p对Clp1p的磷酸化促进了Clp1p在细胞质中的保留交互与另一种蛋白质(14-3-3蛋白质Rad24p;陈et al。2008;Mishra Karagiannis,et al。2005)。当环完整性受损时，Clp1p激活细胞质分裂检查点，在此期间Clp1p活性也被用来稳定环结构(Mishraet al。2004)。
在环装配过程中氨基端f -域Cdc15p的蛋白会招募formin (Cdc12p)，并自我组装成被认为能使细胞膜变形的细丝——这是细胞质分裂形态的暗示(Carnahan & Gould 2003;Roberts-Galbraithet al。2010)。此外，Cdc15p的c端SH3结构域招募更多稳定环的蛋白质(Ge & Balasubramanian 2008;Pinaret al。2008;Roberts-Galbraithet al。2009)。与作为下游SIN靶标Cdc15p在SIN激活后被去磷酸化，并依赖于SIN在环上定位。有趣的是,cdc15突变体表现出表型类似于SIN突变体，因为它们不能形成同质环(Hachet & Simanis 2008)。
总的来说，Cdc15p的中心区域包含超过33个不同的磷酸化位点。其中11个可能是Clp1p的靶点(Roberts-Galbraithet al。2010)。该区域的去磷酸化(通过Clp1p和未识别的磷酸酶)促进开放构象促进与绑定伙伴的自组装和关联(图3;Roberts-Galbraithet al。2010)。在另一组证据中，磷酸化位点的突变表明过早的去磷酸化是有利的间期Cdc15p和其他关键成分(如Rng2p和Myo2p)在中细胞的组装。因此，有丝分裂过程中Cdc15p的细胞周期特异性去磷酸化似乎在“导索”模型中驱动环组装。尽管Myo2p尾部在单个丝氨酸(S1444)上磷酸化，但该位点的突变仅揭示了环动力学的轻微缺陷，这意味着尾部磷酸化(至少仅在S1444上)对细胞质分裂不是关键(Sladewskiet al。2009)。
总结
收缩环组件依赖于两个重叠的路径。一条路径建立在节点提供的环形组件的空间组织上;第二种途径依赖于来自SIN的信号，它似乎促进了关键节点成分Cdc15p的功能。Mid1p在组装环上锚定Clp1p的事实表明这是直接的合作在两个通路之间也可以发生在预组装的节点上。在我们能够生成有意义的收缩环函数模型之前，许多主要问题需要得到解答。要开始制作这样的模型，我们需要了解一些关键环组件的分子功能和调节(在空间和时间上)。裂变酵母为我们提供了一个简单的平台来回答这些问题，使用各种实验方法。
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