蜕皮激素信号通过dumpless1调控果蝇卵子发生中滋养细胞胞质转运的新机制

本研究针对果蝇卵子发生过程中滋养细胞(NC)胞质快速转运至卵母细胞("NC dumping")的调控机制不明确的问题，通过多组学分析和基因编辑技术，发现蜕皮激素(ecdysone)信号通路在伸展滤泡细胞(SFCs)中诱导转录因子dumpless1表达，进而通过抑制整合素βPS(integrinβPS)表达，激活Rho1信号依赖的磷酸化肌球蛋白轻链(p-MLC)皮质富集，最终调控NC胞质转运。该研究揭示了体细胞-生殖细胞通讯的新型多细胞调控机制，为理解无脊椎动物生殖发育提供了重要理论依据。

　　

在果蝇卵子发生这一精密调控的发育过程中，滋养细胞(nurse cells, NCs)向卵母细胞的胞质快速转运过程（称为"NC dumping"）是决定胚胎正常发育的关键环节。这一过程发生在卵室发育的第10B-12阶段，涉及NCs内胞质内容物通过环管(ring canals)快速转移到卵母细胞中。虽然已知肌动蛋白骨架、Rho1信号通路和环管特性对该过程至关重要，但启动和调控这一精密生物学事件的信号机制始终不明。近年来研究发现，包围NCs的伸展滤泡细胞(stretch follicle cells, SFCs)的缺失会破坏NC dumping过程，暗示SFCs可能通过细胞间通讯调控这一过程，但具体分子机制仍是未解之谜。

类固醇激素蜕皮激素(ecdysone)作为昆虫发育过程中的关键调控因子，近年来被发现在成年卵巢中合成并调控卵子发生的多个方面，包括滤泡细胞分化、卵室发育进程和卵壳形成等。特别值得注意的是，在滤泡细胞中表达显性负效形式的蜕皮激素受体(EcR^DN)会抑制NC dumping，表明蜕皮激素信号可能参与调控这一过程。然而，蜕皮激素信号如何精确调控NC dumping的分子机制仍然完全未知。

针对这一科学问题，华南师范大学的研究团队在《Nature Communications》上发表了最新研究成果，系统阐明了蜕皮激素信号通过诱导SFCs中特异性转录因子dumpless1表达，进而通过整合素βPS-Rho1-p-MLC信号轴调控NC dumping的分子机制。

研究采用的主要技术方法包括：利用单细胞转录组测序筛选差异表达转录因子；通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建dumpless1功能缺失突变体；采用免疫荧光染色和活细胞成像技术观察细胞信号分子定位和动态过程；使用RNA干扰和过表达技术验证基因功能；通过体外培养系统定量分析NC dumping速率。

Ecdysone signaling in SFCs regulates nurse cell dumping

研究人员首先通过免疫荧光染色发现EcR蛋白和EcRB1亚型在SFCs中高表达，而EcRE-lacZ报告基因检测证实蜕皮激素信号在SFCs中高度活跃。通过在SFCs中特异性表达EcR^DN，研究人员观察到典型的"dumpless"表型——卵室中保留大量未转移的NC胞质和完整的NC核，证明蜕皮激素信号在SFCs中确实调控NC dumping过程。

Screening of transcription factors in response to ecdysone signaling in SFCs during NC dumping

通过比较转录组分析，研究人员筛选出41个在NC dumping过程中上调的转录因子和30个在EcR^DN表达卵巢中下调的转录因子。其中10个转录因子同时在两个数据集中出现，提示它们可能是蜕皮激素信号调控NC dumping的关键介质。进一步分析发现，未表征的转录因子CG12942在SFCs中特异性高表达，随后将其命名为dumpless1。

CG12942(dumpless1) in SFCs controls NC dumping

利用CRISPR/Cas9技术构建dumpless1功能缺失突变体后，研究人员发现突变体卵室在13期仍保留大量NC胞质，产生明显短小的卵。体外培养实验显示突变体NC胞质转移速率显著降低（0.09%/分钟 vs 对照的0.19%/分钟）。特别值得注意的是，缺失ZAD结构域的突变体同样表现出dumpless表型，证明ZAD对dumpless1功能至关重要。细胞定位实验发现ZAD结构域能增强dumpless1的核定位。

dumbless1 regulates Rho1 signaling-dependent p-MLC cortical enrichment and actin cable formation during NC dumping

RNA-seq分析表明dumpless1调控与Rho蛋白信号转导、肌动球蛋白结构组织和肌球蛋白轻链结合相关的基因。免疫荧光显示突变体中NC皮质和胞质内的Rho1积累显著减少，p-MLC的皮质富集也明显减弱。虽然皮质F-actin水平正常，但actin cables的强度在11-12期显著降低，表明dumpless1通过调控Rho1信号依赖的p-MLC皮质富集和actin cables组织来促进NC dumping。

dumpless1 regulates Rho1 signaling-dependent p-MLC cortical enrichment in NCs via integrin βPS

KEGG通路分析发现ECM-受体相互作用通路在两组RNA-seq数据中均显著富集，其中整合素βPS(integrinβPS)表达在突变体中显著上调。免疫荧光证实integrinβPS在SFCs质膜上表达，且在dumpless1突变体中表达水平显著增加。功能实验表明，在SFCs中过表达integrinβPS会降低NC皮质p-MLC富集，而在dumpless1突变体中敲低integrinβPS则能部分恢复p-MLC富集并挽救卵长缺陷。

研究结论与讨论部分强调，该研究首次揭示了蜕皮激素信号通过诱导SFCs中特异性表达的ZAD-ZNF转录因子dumpless1，负调控integrinβPS表达，进而激活Rho1信号依赖的p-MLC皮质富集和肌动球蛋白收缩，最终促进NC胞质快速转运的完整信号通路。这一发现不仅阐明了体细胞-生殖细胞通讯在卵子发生中的重要作用，而且为理解无脊椎动物生殖发育的进化适应提供了新视角。

值得注意的是，dumpless1属于昆虫特异的ZAD-ZNF转录因子家族，该家族基因在果蝇基因组中大量扩增且多在卵巢和早期胚胎中表达，暗示它们可能在生殖生物学中具有谱系特异性适应功能。研究发现ZAD结构域对dumpless1的核定位和体内功能至关重要，这为了解ZAD-ZNF蛋白的功能机制提供了重要线索。

从机制层面看，integrinβPS在SFCs中的表达调控NC dumping的过程是一种非自主性细胞调控的典型范例。研究人员提出两种可能机制：机械张力屏蔽机制（enhanced integrinβPS-ECM adhesion减少机械应力向NCs的传递）和旁分泌抑制机制（integrinβPS过表达抑制细胞因子分泌）。这一复杂的多细胞交互作用涉及MFC、SFC、NC和卵母细胞之间的精密通讯协调。

该研究的重要意义在于首次揭示了蜕皮激素信号通过SFCs-NCs-卵母细胞通讯调控卵子发育的新机制，为理解多细胞生物中细胞间通讯的复杂性提供了范例。发现的dumpless1-integrinβPS-Rho1-p-MLC信号轴不仅加深了对NC dumping分子机制的理解，也可能为其他物种中类似生理过程的调控机制提供进化线索。此外，研究建立的实验方法体系为后续研究细胞间通讯和生殖发育调控提供了重要技术参考。