USP8 和 Hsp70 协同调控细胞内复制的关键机制：解锁细胞生长密码

《SCIENCE ADVANCES》：USP8 and Hsp70 regulate endoreplication by synergistically promoting Fzr deubiquitination and stabilization

为探究内复制调控机制，研究人员以果蝇和家蚕为对象，发现 USP8 和 Hsp70 协同维持 Fzr 稳定性调控内复制。

　　

细胞 “复制密码” 的探索之旅：USP8 和 Hsp70 的奇妙发现

在微观的细胞世界里，有一种神奇的现象 —— 内复制（endoreplication）。它就像细胞的一场特殊 “狂欢”，只进行 DNA 复制，却跳过细胞分裂环节，让细胞变成多倍体，不断生长壮大。这一过程在动植物特定组织的发育中至关重要，比如果蝇幼虫的唾液腺、家蚕幼虫的丝腺，都依赖内复制来实现生长和功能完善。要是内复制 “出了岔子”，组织生长就会受阻，像家蚕丝腺无法正常生产蚕丝，果蝇唾液腺分泌的黏附蛋白也会出问题。

一直以来，科学家们都在努力解开内复制的调控谜团。已知 Fizzy-related（Fzr）蛋白是内复制的 “总指挥”，在动植物内复制的起始和维持中发挥关键作用。但 Fzr 自身稳定性的调控机制却像一团迷雾，让科研人员摸不着头脑。同时，去泛素化酶在这个过程中扮演什么角色，也无人知晓。为了拨云见日，来自国内的研究人员踏上了这场充满挑战的科研征程。

最终，他们的努力收获了令人惊喜的成果。研究发现，去泛素化酶 USP8（ubiquitin - specific peptidase 8）和分子伴侣 Hsp70（heat shock protein 70）协同作用，通过维持 Fzr 稳定性调控内复制。这一发现意义重大，为深入理解细胞生长和发育机制提供了新视角，相关研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》杂志上。

研究 “利器”：技术方法大揭秘

研究人员在探索过程中，运用了多种先进技术。其中，RNA 干扰（RNAi）技术用于沉默特定基因，像在果蝇唾液腺中筛选去泛素化酶时，利用该技术逐个降低相关基因表达，从而找出对唾液腺大小和内复制有影响的基因。CRISPR-Cas9 基因编辑技术也发挥了关键作用，在构建家蚕特定基因敲除模型时，精准地对基因进行编辑，改变基因序列，进而研究基因功能。此外，免疫共沉淀（co-IP）、GST pull-down 等蛋白质相互作用检测技术，帮助研究人员确定了 USP8、Hsp70 和 Fzr 之间的相互作用关系。

研究结果：层层揭开神秘面纱

1. USP8 调控内复制：研究人员利用果蝇唾液腺和家蚕丝腺这两个 “天然实验室”，进行了一系列实验。在果蝇唾液腺中，通过 RNAi 技术特异性敲低 16 种去泛素化酶基因，结果发现只有 USP8 基因的敲低会显著减小唾液腺尺寸，且不影响果蝇幼虫的整体发育。同时，降低 USP8 活性或敲低其表达，都会抑制唾液腺细胞的 DNA 复制，降低 C 值和 DNA 含量。在家蚕丝腺中，利用 CRISPR-Cas9 技术构建 USP8 突变体，同样出现丝腺变小、蚕丝产量降低的情况，而且丝腺细胞的内复制也受到抑制。这表明 USP8 是果蝇唾液腺和家蚕丝腺内复制进展和生长所必需的。
2. USP8 稳定 Fzr：Fzr 在内复制中如此关键，研究人员猜测 USP8 可能与之有关。实验发现，在细胞系中过表达 USP8，能提高 Fzr 的蛋白水平，对其他相关细胞周期蛋白却没有影响。在果蝇唾液腺和家蚕丝腺中，USP8 缺失会降低 Fzr 蛋白水平，但不影响其 mRNA 表达，说明 USP8 在翻译后水平调控 Fzr。进一步研究发现，Fzr 蛋白的降解依赖泛素 - 蛋白酶体途径，USP8 通过抑制 Fzr 的泛素化和降解来维持其稳定性。而且，在果蝇唾液腺中过表达 Fzr，能逆转 USP8 敲低带来的影响，这进一步证实了 USP8 通过稳定 Fzr 来调控内复制。
3. USP8 与 Fzr 相互作用：去泛素化酶通常与底物蛋白相互作用发挥功能，研究人员通过多种实验手段验证了 USP8 与 Fzr 之间的相互作用。利用 AlphaFold 3 程序预测发现，二者有潜在结合位点。在细胞系和组织中进行免疫共沉淀实验，证实了内源性和外源性的 USP8 与 Fzr 都能相互作用。GST pull-down 实验也在体外验证了这种相互作用。研究还发现，USP8 的二聚化结构域对其与 Fzr 的相互作用至关重要，Fzr 的部分 WD40 结构域也参与了这一过程。
4. Hsp70 促进相互作用：在研究过程中，研究人员发现体外实验中 USP8 与 Fzr 的相互作用较弱，推测存在其他调节因子。重新分析 Fzr 相互作用组后，锁定了分子伴侣 Hsp70。一系列实验表明，Hsp70 与 Fzr 在体内外都能相互作用，其底物结合结构域（SBD）在这个过程中起关键作用。Hsp70 能促进 USP8 与 Fzr 的相互作用，而且通过影响 Fzr 的折叠来实现这一目的。实验显示，抑制 Hsp70 活性会降低 Fzr-Luc 荧光素酶活性，而过表达 Hsp70 则能提高该活性，说明 Hsp70 介导 Fzr 正确折叠，促进其与 USP8 相互作用。
5. Hsp70 调控内复制：研究人员通过在果蝇唾液腺和家蚕丝腺中特异性敲低 Hsp70，发现会导致腺体变小、内复制受阻，这表明 Hsp70 对这两个腺体的内复制进展至关重要。Hsp70 缺失会降低 Fzr 蛋白水平，增加其泛素化程度，而过表达 Hsp70 则有相反效果。在果蝇唾液腺中过表达 Fzr，能逆转 Hsp70 敲低带来的缺陷，说明 Hsp70 通过维持 Fzr 稳定性来调控内复制。
6. USP8-Hsp70-Fzr 轴与有丝分裂无关：为了探究 USP8-Hsp70-Fzr 轴是否参与有丝分裂调控，研究人员选择果蝇翼盘进行实验。结果发现，敲低该轴上的基因，对翼盘大小、细胞增殖和 DNA 复制都没有明显影响，这表明该轴对有丝分裂进程并非必需，主要作用于内复制周期。

研究结论与讨论：开启细胞调控新大门

这项研究成功揭示了 USP8 和 Hsp70 协同调控内复制的分子机制。此前，虽然知道 Fzr 在内复制中很关键，但对其稳定性调控机制了解甚少。现在发现，USP8 作为去泛素化酶，直接与 Fzr 相互作用并稳定它；Hsp70 作为分子伴侣，通过介导 Fzr 折叠，促进其与 USP8 相互作用，共同维持 Fzr 稳定性，保障内复制顺利进行。这不仅为细胞周期调控研究开辟了新方向，也让人们对细胞生长和发育过程有了更深入的认识。不过，研究也留下了一些悬念，比如 Fzr 在其他昆虫和脊椎动物内复制中的调控机制是否相似，热应激对 Hsp70 调控 Fzr 的影响等，都有待后续研究进一步探索。