巧妙的“敲入”实验揭示同一地点两种发育命运

生物通报道：Vax2与Vax1带领的蛋白质小组启动视神经结（optic nerve cord，生物通编者译 ）发育，Pax6启动视网膜（retinal）发育，为什么相同地点会同时出现两种细胞发育命运？在新一期《Genes and Development》文章中，Salk 研究所生物研究人员对上述疑问进行了解释。

　　

生物通报道：依据棒球规则，赛场上的两只球队决不会在同一时刻进行击球。负责眼睛发育的蛋白也是一样，也不会同时作用。当一支蛋白小组正在负责建立视网膜细胞时，邻近细胞正忙着构建视神经结（负责向脑部传递视觉信号），这两种细胞互不混合。

Vax2与Vax1带领的蛋白质小组启动视神经结（optic nerve cord，生物通编者译 ）发育，Pax6启动视网膜（retinal）发育，为什么相同地点会同时出现两种细胞发育命运？在新一期《Genes and Development》文章中，Salk 研究所生物研究人员对上述疑问进行了解释。

早期，由Salk 分子神经生物学实验室Greg Lemke教授率领的研究小组发现：Vax2与Pax6具有拮抗性。Lemke 说：“Vax2与Vax1共同作用，阻止Pax6的活性。从而通过抑制细胞向视网膜发展，促进了视神经发育。”唯一的问题在于，最近研究发现Vax2与Pax6可以在细胞中共表达。“假如Vax2抑制Pax6，这是不是看起来太矛盾了？”

Pax6可以与DNA结合，在细胞核内控制基因的开启和关闭，从而调节视网膜发育。Vax2辅助视神经的建立。Pax6和Vax2在同一细胞核中同时存在，就好像是在棒球赛场上两支球队的击跑员。

Lemke和Jin Woo Kim博士通过对小鼠和鸡胚胎眼睛发育进行分析，解释了上述矛盾。Lemke实验室以前的一位研究生Stina Mui 在培养细胞的细胞质中发现了Vax2，Lemke推测：Vax2蛋白确实与Pax6表达于相同的视网膜细胞，但是Vax2会根据Sonic hedgehog信号分子发出的信号，在细胞核内外穿梭。

“需要Vax2发挥生物学功能时，Vax2会进入细胞核，” Kim说。当Vax2完成任务后便回到细胞质进行“休息”。Kim和Lemke发现，Vax2的穿梭由磷酸化控制。磷酸化使Vax2固定于细胞质，不发挥生物学功能，Pax6接掌任务使细胞向视网膜方向发育。

接下来进行的实验使Kim大吃一惊：当他将不能被磷酸化的Vax2注入鸡胚视网膜前体细胞后，Pax6被永远“封杀”，出生的小鸡没有眼睛。“你得到的只是一个有巨大视神经的小鸡，” Lemke说，与在Vax2 和Vax1基因敲除的小鼠中得到的实验结果完全相反。“在小鼠研究中，我们得到了没有视神经只有一只大眼的小鼠。似乎告诉我们必须将Vax2蛋白从细胞核中剔除，假如细胞核中还存在的话，就不会得到视网膜。”

但在发育过程中为什么不需要的Vax2蛋白不被自然剔除呢？可能是由于Vax2蛋白在之后的发育过程中还要被重新利用。Lemke解释说：“这是将Vax2置之不理的机制——尽管Vax2不能再通过抑制Pax6发挥破坏作用——但是可以保持Vax2关闭状态直到其被重新需要。”

“Sonic hedgehog途径在胚胎发生过程中，以及一系列癌症形成过程中发挥举足轻重的作用。弄清此途径有助于治疗大批人类疾病。”

Kim现任职于韩国科学技术院(Korea Advanced Institute of Science and Technology, 简称KAIST) ，他表示将继续与Lemke合作，通过建立一个“敲入”(knock-in)小鼠模型，在正常发育期限内表达非磷酸化蛋白（nonphosphorylatable protein），预期在小鼠身上得到的实验结果与在小鸡实验中的类似：小鼠眼睛形成将会遇到大麻烦。（生物通记者 子元）