果蝇 EGFR 通路调控 Hh 信号与丝状伪足行为的新发现

为探究果蝇丝状伪足（cytoneme）的调控机制，西班牙 Severo Ochoa 分子生物学中心的研究人员开展相关研究，发现 cytoneme 动态和 Hh 信号依赖于 EGFR 通路及 Ras1，这有助于理解细胞间信号传导机制。

　　在果蝇的发育过程中，细胞之间的 “通讯” 方式神秘而复杂，就像一场精心编排的 “信号交响乐”。其中，丝状伪足（cytoneme）作为细胞间信号传递的特殊 “使者”，发挥着关键作用。cytoneme 是一种特殊的细胞突起，它能让相距较远的细胞建立直接联系，在果蝇上皮发育时，它对 Hedgehog（Hh）信号梯度的形成至关重要，而 Hh 信号梯度又如同 “指挥棒”，精准调控着果蝇的细胞命运和组织形态发生。

然而，这个 “信号交响乐” 中仍有许多谜题等待解开。虽然 cytoneme 在信号传导中的重要性已被知晓，但它是如何被调控的，一直是科学界的未解之谜。这就好比知道了乐队里有重要的乐器在演奏关键旋律，却不清楚是谁在幕后指挥和调节它的音色与节奏。为了揭开这个神秘的面纱，来自西班牙 Severo Ochoa 分子生物学中心（Centro de Biología Molecular Severo Ochoa）的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果为我们理解细胞间信号传导机制带来了新的曙光。

研究人员采用了多种先进的技术方法来开展这项研究。在果蝇实验中，运用遗传学技术，通过调控基因的表达，如利用 Gal4/UAS 系统实现特定基因的过表达或 RNA 干扰（RNAi）来抑制基因表达；使用共免疫沉淀（co - immunoprecipitation）技术，精准地捕获蛋白质之间的相互作用；借助质谱分析（mass spectrometry），鉴定与 Ihog 蛋白相互作用的潜在蛋白质。这些技术手段就像是研究人员手中的 “精密仪器”，帮助他们深入细胞内部，探寻信号传导的奥秘。

研究结果

1. EGFR 通路调节 cytoneme 动态和 Hh 信号：研究人员通过一系列实验发现，EGFR 通路对果蝇翅膀圆盘和腹部组织母细胞巢中的 cytoneme 动态有着显著影响。过表达组成型激活形式的 EGFR（EGFR^CA）或 Ras1（Ras1^V12），会使标记的 cytoneme 数量和长度增加；而抑制 EGFR 表达，则会导致 cytoneme 的寿命缩短。同时，EGFR 通路的变化还会影响 Hh 信号，抑制 EGFR 或 Ras1 会下调 Hh 信号，且这种影响在 Hh 产生细胞和接收细胞中均存在。这表明 EGFR/Ras1 通路如同一个 “总开关”，调控着 cytoneme 动态和 Hh 信号通路。
2. EGFR 通路调节 Ihog 对 cytoneme 的稳定作用：之前研究发现 Ihog 过表达能稳定 cytoneme，此次研究发现 EGFR 信号同样影响着 Ihog 稳定 cytoneme 的能力。在腹部组织母细胞中，抑制 EGFR 会使 Ihog 稳定的 cytoneme 寿命显著缩短；在翅膀圆盘中，抑制 EGFR 或 Ras1 会减少 Ihog 稳定的 cytoneme 数量和长度，而过表达 EGFR^CA则会略微增加其数量和长度。这说明 EGFR 通路在 Ihog 介导的 cytoneme 稳定过程中起着关键的调节作用。
3. 配体 Spitz 和 Vein 促进 EGFR 对 Ihog 稳定 cytoneme 的影响：果蝇 EGFR 有多个配体，研究人员聚焦于 Spitz 和 Vein，发现抑制这两个配体的表达会减少 Ihog 稳定的 cytoneme 数量和长度。而且，这种影响具有非细胞自主性，即 A 区细胞中抑制 Spitz 和 Vein，会影响 P 区细胞中 Ihog 稳定的 cytoneme。这揭示了 EGFR 配体在调节 cytoneme 稳定性中的重要作用，它们就像是 “信号传递员”，将 EGFR 的信号传递给 Ihog 稳定的 cytoneme。
4. EGF 信号维持质膜上内源性 Ihog 水平：研究表明 EGFR 信号对 Ihog 水平有着重要影响。抑制 EGFR 信号会降低质膜上异位 IhogRFP 的荧光强度，减少内源性 Ihog（Bac.ihog^GFP）在基底区域的水平；而过表达 EGFR^CA或 Ras1^V12则会使 Ihog 积累。进一步研究发现，EGFR 信号缺失会通过增强 Ihog 的内吞和溶酶体降解来降低其在膜上的水平。这表明 EGFR 信号是维持质膜上 Ihog 水平的关键因素，如同一个 “平衡器”，确保 Ihog 水平的稳定。
5. Ihog 与细胞骨架和质膜调节剂相互作用：研究人员通过蛋白质组学分析，发现 Ihog 与多种细胞骨架和囊泡运输相关蛋白存在潜在相互作用。进一步研究发现，Ihog 的细胞内结构域能招募并使 Cheerio（Cher，丝束蛋白 A 的同源物）聚焦到质膜上，这种相互作用受 EGFR 活性影响。抑制 Cher 表达会显著减少 Ihog 稳定的 cytoneme 数量和长度，说明 Ihog 与 Cher 的相互作用对 cytoneme 的稳定至关重要，它们共同构成了细胞内的 “稳定网络”。

研究结论与意义

这项研究揭示了果蝇中 EGFR 通路在调节 cytoneme 动态和 Hh 信号方面的关键作用，阐明了 EGFR 通路通过调节 Ihog 水平和与细胞骨架的相互作用来影响 cytoneme 稳定性的分子机制。这不仅加深了我们对果蝇发育过程中细胞间信号传导的理解，还为研究其他生物的类似信号传导过程提供了重要参考。此外，由于 cytoneme 和相关结构在癌细胞通讯中也起着重要作用，该研究结果可能为癌症研究提供新的视角和潜在的治疗靶点。

总的来说，这项研究成果就像一把钥匙，为我们打开了细胞间信号传导机制的大门，让我们更深入地了解生命发育的奥秘，也为未来的生物医学研究奠定了坚实的基础，有望在癌症等疾病的研究和治疗领域发挥重要作用。