JCB|朱健課題組揭示Hedgehog 信號途徑穩(wěn)態(tài)調(diào)控新機制
生命科學(xué)聯(lián)合中心朱健課題組2021年2月1日在Journal of Cell Biology發(fā)表了題為?“Competition between two phosphatases fine-tunes Hedgehog signaling”?的研究論文。該項研究發(fā)現(xiàn)了磷酸酶PP6的催化亞基PpV特異地調(diào)控Hedgehog (Hh)?信號途徑，闡釋了PpV通過競爭結(jié)合磷酸酶PP2A調(diào)節(jié)亞基Widerborst (Wdb)?介導(dǎo)Wdb蛋白降解，并且作為Hh的直接感受器精密調(diào)節(jié)Hh穩(wěn)態(tài)的作用機制。??
多細胞生物個體由單一受精卵發(fā)育成熟而來。在這個復(fù)雜的發(fā)育進程中，基因的時空表達受到精細和完善的調(diào)控。經(jīng)典的Hh信號途徑進化上高度保守，在發(fā)育過程中的多個方面起著至關(guān)重要的作用，包括細胞增殖、模式形成、細胞干性維持和成體組織穩(wěn)態(tài)等，其失調(diào)會引起嚴重的人類發(fā)育缺陷和多種癌癥。??
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Hh信號途徑的激活依賴于激活蛋白Smoothened (Smo)?的磷酸化及其介導(dǎo)的細胞膜定位。蛋白激酶PKA和CKI對Smo級聯(lián)磷酸化以響應(yīng)不同濃度的Hh信號，有選擇地激活下游目的基因。朱健課題組的前期工作發(fā)現(xiàn)磷酸酶PP1和PP2A分別拮抗PKA和CKI的活性以維持Smo級聯(lián)磷酸化的穩(wěn)態(tài)。其中PP2A的B’/B56調(diào)節(jié)亞基Wdb特異地調(diào)控PP2A對Smo的活性。由于已有的實驗證據(jù)表明PKA和CKI并不受Hh信號直接調(diào)控，PP1和PP2A-Wdb是如何響應(yīng)Hh信號成了Hh信號傳導(dǎo)機制的一個重要環(huán)節(jié)。
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在本工作中，研究團隊首先發(fā)現(xiàn)PpV表達水平的下調(diào)無法維持高水平Smo磷酸化介導(dǎo)的Hh信號激活，這與wdb過度激活的表型極為相似。遺傳學(xué)實驗證實了PpV作用于wdb的上游，PpV對Hh信號途徑的調(diào)控作用依賴于Wdb的活性。隨后團隊發(fā)現(xiàn)在PpV基因敲除突變體中，Wdb的蛋白水平顯著上調(diào)。進一步生化實驗證實PpV與Wdb直接結(jié)合并介導(dǎo)了后者的泛素化和隨后在蛋白酶體中的降解。值得注意的是，PpV對Wdb蛋白穩(wěn)態(tài)的調(diào)控并不依賴于PpV的磷酸酶活性，而是通過與PP2A催化亞基PP2Ac/Mts競爭結(jié)合Wdb從而引起PP2A全酶解聚，從全酶中解聚的Wdb被蛋白酶體識別并降解。
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PpV競爭結(jié)合Wdb以調(diào)控Smo級聯(lián)磷酸化介導(dǎo)的Hh信號梯度激活
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由于Hh信號通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的方式降低了Wdb的蛋白表達，?因此PpV可能做為Hh的直接感受器來接駁Hh信號和Wdb-PP2A的活性。PpV的免疫熒光染色顯示其確實存在與Hh信號梯度激活相吻合的表達圖式：中低水平的Hh信號激活并穩(wěn)定PpV，極高水平的Hh信號抑制PpV。更值得注意的是，Hh信號轉(zhuǎn)錄因子Ci/Gli的結(jié)合位點在PpV的調(diào)控序列中成簇存在，暗示PpV極有可能是Hh信號的直接靶基因。此外，PpV的調(diào)控序列中也存在轉(zhuǎn)錄抑制因子En/EN1的轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點，而En則是響應(yīng)極高水平Hh的直接靶基因之一。通過對PpV調(diào)控序列中順式作用元件的功能分析，團隊充分闡釋了Ci/Gli與En/EN1協(xié)同作用形成PpV表達圖示的原因。綜上所述，PpV直接感受Hh信號梯度，通過調(diào)控Wdb-PP2A的活性組成了包含多個負反饋循環(huán)的磷酸酶調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，極大地增強了Hh信號途徑穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)能力。本工作完善了Hh信號傳導(dǎo)機制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為深入理解Hh信號穩(wěn)態(tài)的調(diào)控提供了重要信息，對人類先天發(fā)育缺陷和包括癌癥在內(nèi)的疾病預(yù)防和臨床治療有重要的意義。
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PpV響應(yīng)Hh信號梯度??
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生命科學(xué)聯(lián)合中心、生命科學(xué)學(xué)院朱健研究員和課題組已出站博士后，中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院、海洋生物多樣性與進化研究所蘇穎教授為本論文的共同通訊作者，朱健課題組劉敏副研究員、前沿交叉學(xué)科研究院2014級已畢業(yè)博士研究生劉愛國和生命科學(xué)學(xué)院2019級博士研究生王潔為論文的共同第一作者。2017級博士研究生張延松和2013級已畢業(yè)博士研究生李亞娟參與了部分工作。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金、生命科學(xué)聯(lián)合中心、細胞增殖與分化教育部重點實驗室、生命科學(xué)學(xué)院儀器中心以及鳳凰平臺的大力支持。
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原文鏈接：https://rupress.org/jcb/article/220/2/e202010078/211641
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