动物所揭示胚胎背腹轴建立的分子机制

摘要: 　　在脊椎动物发育过程中，原肠期是体轴建立和中内胚层形成的重要时期。胚胎体轴的建立是一系列信号通路相互作用和细胞剧烈运动的结果。在鱼类、两栖类、鸟类和哺乳动物中陆续发现了背部组织中心的存在。背部组织中 ...

　　在脊椎动物发育过程中，原肠期是体轴建立和中内胚层形成的重要时期。胚胎体轴的建立是一系列信号通路相互作用和细胞剧烈运动的结果。在鱼类、两栖类、鸟类和哺乳动物中陆续发现了背部组织中心的存在。背部组织中心自身可以形成脊索、前脊索板、神经底板、背部内胚层等中轴组织，同时还可以指导其周围的细胞分化为体节、神经组织、肝脏、胰腺等，在胚胎早期发育中具有重要功能。母源Wnt/β-catenin信号通路是背部组织中心形成的关键因素，通过激活Chordin、Follistatin、Noggin等Bmp信号抑制因子在背部表达并分泌，拮抗来自腹部的BMP 信号，使其形成一定的浓度梯度来指导胚胎背腹轴的建立。在斑马鱼胚胎发育至128细胞期，β-catenin已经在背侧胚盘边缘细胞核中积聚，但是一直到中囊胚转换（mid-blastula transition， MBT）时期后才激活下游基因表达。有学习表明，Wnt/β-catenin靶基因启动子区DNA序列及组蛋白的表观遗传修饰在MBT时期的改变是其表达的基础，但β-catenin自身的转录活性在MBT前后是否发生变化，变化的分子机制是什么却知之甚少。
　　Net1是一种鸟核苷酸交换因子，在多种肿瘤细胞中高表达，通过激活小G蛋白RhoA促进肿瘤细胞侵袭和转移。中国科学院动物学习所学习员王强领导学习团队发现，斑马鱼的net1是MBT前后最早表达的合子基因之一，特异表达于预定背部组织中心。抑制net1表达，斑马鱼背部组织中心的形成受到严重的影响，背部组织明显减少。胚胎和哺乳动物细胞中的实验表明，Net1及其鸟核苷酸交换因子活性对于Wnt/β-catenin信号转导和背部组织发育不可或缺。进一步的学习发现，Net1通过激活RhoA家族的G蛋白，干扰PAK1二聚体的形成，激活PAK1激酶活性，从而磷酸化β-catenin 675位丝氨酸，抑制β-catenin与组蛋白去乙酰化酶HDAC结合，促进Wnt靶基因转录，在胚胎背部组织中心形成和背腹轴建立过程中发挥重要作用。此项学习揭示了在胚胎发育过程中，Net1所调控的β-catenin 675位丝氨酸的磷酸化修饰，是MBT后β-catenin转录活性增强，激活下游基因表达的必要条件。Wnt/β-catenin信号通路及Net1促进多种肿瘤细胞侵袭和转移。因此，该学习还为深入了解肿瘤发生发展的分子机制提供了新的线索。
　　这项学习工作以The guanine nucleotide exchange factor Net1 facilitates the specification of dorsal cell fates in zebrafish embryos by promoting maternal β-catenin activation 为题于12月2日在Nature出版集团高影响力期刊细胞学习（Cell Research）在线发表。动物所博士魏奭为该论文第一作者，王强为通讯作者。该学习得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
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