DeltaC 和 DeltaD 配体在脊椎动物体节分割时钟动力学中的关键作用

为探究 DeltaC 和 DeltaD 蛋白对 her1 和 her7 转录的影响，研究发现二者新功能及正反馈环，助力理解 Notch 通路。

　　在生命的奇妙旅程中，胚胎发育阶段的体节（somites）形成至关重要，它是脊椎盘及相关结构的前体。而这一过程由脊椎动物分割时钟（vertebrate segmentation clock）调控，其核心成员 Hes/her 家族基因的突变会导致体节分割缺陷。Notch 信号通路在其中扮演着关键角色，它能同步相邻细胞中 her1 和 her7 这两个分割时钟基因的振荡，确保体节正常分割。DeltaC 和 DeltaD 作为 Notch 信号通路的配体，一直备受关注。

此前，科学界存在一些关于 DeltaC 和 DeltaD 的假设。由于只有 deltaC 的表达呈现振荡性，人们认为只有含 DeltaC 的二聚体才对分割时钟基因的转录有贡献，且 deltaC 的转录仅受分割时钟蛋白调控，deltaD 的转录则被认为不受 Notch 信号通路影响。然而，这些假设一直未得到充分验证。为了解开这些谜团，来自美国辛辛那提儿童医院医学中心（Cincinnati Children’s Hospital Medical Center）和西北大学芬堡医学院（Northwestern University Feinberg School of Medicine）等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。在实验模型构建方面，利用 her1^ci301her7^hu2526双纯合功能缺失突变体作为遗传背景，消除了一些复杂的反馈回路和振荡干扰，再结合 dlc^212b和 / 或 dld²³³突变体，构建出不同的复合突变体。单细胞荧光原位杂交（smFISH）技术是本研究的核心技术之一，通过它对不同突变体中 her1、her7、deltaC 和 deltaD 的 RNA 进行定量分析，直观地观察基因转录水平的变化。同时，借助计算模型，基于实验结果更新了斑马鱼分割时钟网络模型，深入探究 DeltaC 和 DeltaD 二聚体的作用机制。

研究结果令人惊喜。DeltaD 同源二聚体激活转录能力强于 DeltaC 同源二聚体。研究人员在不同遗传背景下通过 smFISH 实验量化 her1 和 her7 的 RNA 水平，发现 her1 和 her7 RNA 在 her1^ci301her7^hu2526dlc^212b突变体中的减少幅度小于在 her1^ci301her7^hu2526dld²³³突变体中，这表明 DeltaD 同源二聚体也具有激活 Notch 信号通路的功能，能促进 her1 和 her7 的转录。DeltaC 和 DeltaD 蛋白在尾芽中的转录贡献相当。在尾芽区域，量化不同突变体沿体节中胚层（PSM）的 her1 和 her7 RNA 变化时发现，DeltaC 和 DeltaD 同源二聚体功能相似，但由于 DeltaC 二聚体的振荡性，dlc²²²突变体中相邻细胞的同步性更易受影响，导致分割缺陷更早出现。DeltaC 和 DeltaD 是激活转录的主要配体。通过对四突变体进行 γ- 分泌酶（γ-Secretase）活性的药物抑制实验，发现阻断 Notch 信号通路后，her1 和 her7 RNA 在大部分区域变化不明显，这进一步证明 DeltaC 和 DeltaD 在介导 Notch 信号通路激活转录中起主要作用。Notch 信号通路促进 deltaC 和 deltaD 的转录。研究人员再次利用特定遗传背景进行 smFISH 实验，发现四突变体中 deltaC 和 deltaD 的 RNA 水平均下降，并且通过药物抑制实验进一步证实了 Notch 信号通路对二者转录的促进作用，揭示了此前未被发现的正反馈环。计算模型凸显 DeltaC 和 DeltaD 二聚体的差异效应。更新后的计算模型模拟结果显示，dlc^212b突变体比 dld²³³突变体更早出现同步性破坏，且能解释为何 dlc^222b突变体表型更强，而 dld 突变体中分割时钟转录本减少更多。同时，正反馈环可增强振荡同步性。

研究结论和讨论部分意义重大。该研究推翻了此前关于 DeltaC 和 DeltaD 的一些假设，揭示了 DeltaD 同源二聚体的功能以及 Notch 信号通路与 deltaC、deltaD 转录之间的正反馈环，为理解脊椎动物体节分割时钟的调控机制提供了新视角。这不仅有助于深入了解胚胎发育过程中体节形成的分子机制，还可能为相关疾病（如先天性脊柱侧凸等）的研究提供理论基础。此外，研究成果为构建更精确的计算模型提供了依据，有望推动该领域进一步发展，对探索其他组织和器官发育过程中的类似调控机制也具有重要的启发意义。