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近日，華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授李勝團(tuán)隊(duì)利用具有較強(qiáng)附肢再生能力的美洲大蠊和斑馬魚為模型，研究揭示了ERK/CK-2激酶通路被快速的磷酸化修飾并激活，從而驅(qū)動(dòng)基芽的形成以促進(jìn)斷肢再生的保守性機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
快速磷酸化激活的ERK/CK-2通路驅(qū)動(dòng)蟑螂斷肢再生。受訪者供圖
論文共同第一作者兼共同通訊作者、華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副研究員張小帥表示，動(dòng)物界中，許多物種都具有不同程度的組織或器官的再生能力。例如，渦蟲和水螅類動(dòng)物的整個(gè)身體都可以再生，斑馬魚、爪蟾和蠑螈具有較強(qiáng)的附肢再生能力，而多數(shù)陸生脊椎動(dòng)物和哺乳動(dòng)物的肢體受到損傷后僅僅形成瘢痕來修復(fù)受損組織。
研究顯示，在大多數(shù)具有較強(qiáng)再生能力的動(dòng)物中，附肢再生通常涉及在損傷部位形成異質(zhì)性細(xì)胞組成的基芽，但是高等哺乳動(dòng)物缺少了基芽形成的過程。因此，如何快速的形成基芽成了斷肢再生的關(guān)鍵步驟。大多數(shù)研究中主要集中于損傷修復(fù)已經(jīng)完成而基芽正在形成的時(shí)間點(diǎn)，這導(dǎo)致最早期的關(guān)鍵信號(hào)對于再生的作用被忽略。
最新研究中，李勝團(tuán)隊(duì)圍繞美洲大蠊腿部再生的早期起始信號(hào)進(jìn)行深入挖掘，發(fā)現(xiàn)美洲大蠊腿部受損后細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）這一激酶被快速激活，并進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)基芽形成和腿部再生。為進(jìn)一步探究ERK起始斷肢再生的機(jī)制，他們通過Pull down質(zhì)譜篩選和活體基因功能驗(yàn)證等方法篩選到ERK下游潛在靶蛋白激酶CK-2，敲降該基因的表達(dá)可以完全阻斷美洲大蠊腿部的再生。并利用Co-IP和遺傳操作方法證明了CK-2是ERK的直接下游靶標(biāo)，且p-ERK可以直接對CK-2進(jìn)行磷酸化修飾。
接下來，研究人員在細(xì)胞水平發(fā)現(xiàn)CK-2和ERK蛋白在細(xì)胞內(nèi)存在共定位，且主要在再生組織和細(xì)胞中高表達(dá)，ERK/CK-2磷酸化通路主要通過影響基芽形成過程來調(diào)控美洲大蠊肢體再生。通過進(jìn)一步的RNA-Seq篩選，發(fā)現(xiàn)CK-2主要通過影響細(xì)胞有絲分裂基因如Thoc7、Disco-r、Dll和Zelda的表達(dá)來控制基芽細(xì)胞的增殖。同時(shí)，作者利用脊椎動(dòng)物斑馬魚為模型，證明了ERK/CK-2激酶通路通過驅(qū)動(dòng)基芽細(xì)胞的有絲分裂和增殖來控制尾鰭再生的機(jī)制保守性。
“ERK/CK-2激酶通路在進(jìn)化上非常保守，這是首次被報(bào)道在促進(jìn)動(dòng)物肢體再生方面的重要功能?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡呃顒俦硎?，該研究發(fā)現(xiàn)的ERK/CK-2被快速磷酸化激活的機(jī)制為研究動(dòng)物肢體再生的起始信號(hào)提供新的關(guān)鍵靶標(biāo)，也為解答高等哺乳動(dòng)物無法起始再生過程帶來新的見解，推動(dòng)了動(dòng)物肢體再生領(lǐng)域的向前發(fā)展。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adk8331
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-2685-0.html快速磷酸化激酶通路驅(qū)動(dòng)蟑螂斷肢再生機(jī)制獲揭示
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