Dscamb 调控斑马鱼视锥细胞镶嵌模式形成的关键作用：开启视觉发育研究新视野

《Nature Communications》：Dscamb regulates cone mosaic formation in zebrafish via filopodium-mediated homotypic recognition

为探究视锥细胞镶嵌模式形成机制，冲绳科学技术大学院大学研究人员开展关于 Down Syndrome Cell Adhesion Molecule b（Dscamb）对斑马鱼视锥细胞镶嵌模式影响的研究。结果发现 Dscamb 通过丝状伪足介导的同型识别调控该模式，此研究为理解神经系统发育提供新视角。

　　在脊椎动物的视网膜中，不同类型的视锥细胞会排列形成一种规则的间距模式，也就是视锥细胞镶嵌（cone mosaic）。这一现象的研究历史颇为悠久，可追溯到 1842 年 Adolph Hannover 的相关报告，但长期以来，直接调节视锥细胞镶嵌模式形成的分子却一直未被发现。这种未知就像一层迷雾，笼罩在视觉发育研究的领域，让科学家们难以看清这一复杂过程的本质，也限制了对视网膜发育机制的深入理解。

为了揭开这层迷雾，冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）的研究人员勇挑重担，开展了一项针对斑马鱼的研究。他们将目光聚焦于 Down Syndrome Cell Adhesion Molecule b（Dscamb），试图探究它在视锥细胞镶嵌模式形成中扮演的角色。研究成果发表在《Nature Communications》上，为该领域带来了新的曙光。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。基因编辑技术 CRISPR/Cas9 是其中之一，通过它构建了斑马鱼 dscamb 突变体，用于观察突变后的表型变化；细胞移植实验则帮助研究人员了解 Dscamb 在细胞间相互作用中的作用机制；计算机模拟技术从理论层面验证了研究假设，为研究提供了更全面的视角。

研究结果主要从以下几个方面展开：

• 视锥细胞镶嵌模式在斑马鱼 dscamb 突变体中被破坏：研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术构建了 dscamb^oki9和 dscamb^oki10两种斑马鱼 dscamb 突变体等位基因。在 4 个月受精后（4mpf）的成年外周视网膜和 5 天受精后（5dpf）的胚胎视网膜观察中发现，dscamb 杂合突变体视网膜的视锥细胞镶嵌模式正常，而纯合突变体中，尤其是红色和蓝色视锥细胞出现异常聚集，导致视锥细胞镶嵌模式被破坏。通过计算视锥细胞的规则性指数和密度，进一步证实了 Dscamb 对视锥细胞镶嵌间距，特别是红色视锥细胞的重要性123。
• Dscamb 蛋白定位于视锥细胞丝状伪足样神经突起：研究人员通过原位杂交技术发现 dscamb mRNA 在胚胎视网膜和幼年视网膜睫状边缘区（CMZ）表达。利用 CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术，在转基因鱼中插入 DNA 片段，证实了全长 Dscamb 蛋白在非红色视锥细胞中也有表达。通过 Gal4-UAS 系统表达 GFP 标记的 Dscamb 蛋白，并进行活细胞成像，发现其定位于红色视锥细胞的顶端区域，包括丝状伪足样神经突起45。
• 顶端视锥丝状伪足识别相同视锥类型激活同型自我回避：研究人员将不同的转基因斑马鱼品系相结合，通过扫描固定的胚胎视网膜和时间推移活细胞成像观察发现，在野生型中，红色视锥细胞的丝状伪足在接触到相邻红色视锥细胞时会停止生长并回缩；而在 dscamb 突变体中，丝状伪足会继续生长并侵入相邻红色视锥细胞的顶端区域。通过计算相关参数，进一步表明 Dscamb 在丝状伪足介导的同型识别中发挥关键作用67。
• 红色视锥细胞的同型回避需要 Dscamb 的同嗜性相互作用：通过表达 GFP 标记的 Dscamb 蛋白，发现其在细胞界面积累，表明存在细胞间同嗜性相互作用。细胞移植实验结果显示，只有当丝状伪足和相邻红色视锥细胞上都存在 Dscamb 时，才能实现丝状伪足介导的同型识别和随后的自我回避89。
• 丝状伪足介导的同型回避也发生在蓝色视锥细胞之间：研究人员构建了新的转基因斑马鱼品系来观察蓝色视锥细胞。结果发现，蓝色视锥细胞的丝状伪足在接触到相邻蓝色视锥细胞时会停止生长，表明存在类似的顶端丝状伪足介导的同型识别。但令人惊讶的是，在 dscamb 突变体中，蓝色视锥细胞的这种同型识别和回避正常，说明 Dscamb 对蓝色视锥细胞的同型识别和回避并非必需1011。
• 丝状伪足介导的同型回避促进红色视锥细胞的镶嵌间距：时间推移成像显示，野生型新生红色视锥细胞的丝状伪足会避开相邻红色视锥细胞，促进红色视锥细胞的空间分离；而 dscamb 突变体中，红色视锥细胞会密集地向相邻红色视锥细胞延伸丝状伪足，抑制自我间距行为，导致红色视锥细胞聚集。计算机模拟结果也支持了丝状伪足接触依赖的同型回避对红色视锥细胞规则镶嵌间距建立的重要性1213。
• Dscamb 调节成年视网膜预柱区的视锥细胞镶嵌模式：在成年斑马鱼视网膜的 CMZ，研究人员发现红色视锥细胞在视网膜 CMZ 延伸丝状伪足样神经突起形成丝状伪足活动区。在 dscamb 突变体的预柱区，红色视锥细胞异常聚集，导致蓝色视锥细胞被挤出五聚体视锥单元，影响了规则视锥模式的形成。此外，Dscamb 介导的视锥细胞间距对于 Müller 细胞介导的机械调节形成成熟视锥晶格区也至关重要1415。

研究结论和讨论部分指出，Dscamb 在斑马鱼胚胎和成年视网膜的视锥细胞镶嵌模式形成中发挥着不可或缺的作用。它通过丝状伪足介导的同型识别，触发视锥细胞的自我回避运动，从而实现视锥细胞的规则镶嵌。然而，研究也发现非红色视锥细胞在 dscamb 突变体中的镶嵌间距缺陷不明显或较弱，这可能与其他自我回避分子有关，如原钙粘蛋白（Protocadherin，Pcdh）。未来需要进一步研究各视锥细胞类型中细胞粘附分子的表达谱，并制备针对 Dscamb 蛋白的特异性抗体，以深入探究这些可能性。

总的来说，这项研究为神经系统发育中体细胞位置镶嵌间距的机制理解提供了新的视角，也为探究这种丝状伪足介导且依赖 DSCAM 的视锥细胞镶嵌模式形成在脊椎动物中的进化保守性开辟了道路，为后续相关研究奠定了坚实的基础。