2022年11月15日，西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院馬仙玨課題組在Cell Reports發(fā)表了題為“Ptp61F integrates Hippo,TOR and actomyosin pathways to control three-dimensional organ size”的研究論文。利用黑腹果蠅為研究對(duì)象，課題組揭示了磷酸酶Ptp61F在生理及病理狀態(tài)下通過(guò)同時(shí)調(diào)控細(xì)胞數(shù)量、細(xì)胞大小及細(xì)胞高度從而在3D層面對(duì)器官大小進(jìn)行精確調(diào)控的分子機(jī)制。

文章截圖：

首先，團(tuán)隊(duì)利用果蠅遺傳學(xué)技術(shù)（MARCM）在幼蟲(chóng)眼成蟲(chóng)盤上誘導(dǎo)產(chǎn)生GFP標(biāo)記的原癌基因RasV12過(guò)表達(dá)克隆，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)果蠅體內(nèi)的磷酸酶進(jìn)行了RNAi篩選，發(fā)現(xiàn)敲低/敲除Ptp61F可以與RasV12協(xié)同誘導(dǎo)過(guò)度增殖并產(chǎn)生惡性腫瘤。通過(guò)RNA-seq測(cè)序分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Hippo信號(hào)通路在腫瘤中顯著富集，該通路從果蠅到哺乳動(dòng)物高度保守，并且在器官大小調(diào)控與腫瘤進(jìn)展中都發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步的遺傳學(xué)及生化證據(jù)表明Ptp61F通過(guò)非經(jīng)典的方式與Hippo通路成員Expanded(Ex)相互作用，進(jìn)而限制Yki入核。

圖1.Ptp61F激活Hippo通路調(diào)控細(xì)胞增殖及腫瘤發(fā)生

有意思的是，團(tuán)隊(duì)觀察到雖然Ptp61F純合突變果蠅可以存活，但身體大小相比于野生型顯著增加，且壽命降低，提示Ptp61F可能也具有重要的生理功能。此外，年老的Ptp61F突變果蠅腸道寬度增加、腸壁變厚、產(chǎn)生過(guò)度增生，并通過(guò)Yki依賴的方式誘導(dǎo)腸道干細(xì)胞增殖。以上結(jié)果表明Ptp61F通過(guò)激活Hippo通路調(diào)控細(xì)胞數(shù)量。

圖2.Ptp61F突變使身體尺寸變大并誘導(dǎo)腸道增生

進(jìn)一步，研究人員發(fā)現(xiàn)帶有Ptp61F突變的腫瘤細(xì)胞體積變大，Tor信號(hào)通路顯著升高，阻斷Tor通路可抑制RasV12/Ptp61F-/-誘導(dǎo)的腫瘤增殖。相反地，過(guò)表達(dá)Ptp61F則能夠使細(xì)胞變小，抑制Tor通路激活引起的眼部表型，且遺傳學(xué)證據(jù)顯示Ptp61F也通過(guò)Ex依賴的方式抑制Tor信號(hào)通路，從而影響細(xì)胞大小。

圖3.Ptp61F負(fù)調(diào)控Tor通路影響細(xì)胞大小

通過(guò)對(duì)內(nèi)源性的Ptp61F進(jìn)行抗體染色，研究人員觀察到Ptp61F與機(jī)械力調(diào)控存在潛在關(guān)系。在果蠅翅成蟲(chóng)盤中過(guò)表達(dá)Ptp61F可通過(guò)Ex依賴的方式激活肌動(dòng)蛋白輕鏈磷酸化(pMLC)，誘導(dǎo)機(jī)械收縮力產(chǎn)生，從而導(dǎo)致細(xì)胞高度變小。

圖4.Ptp61F通過(guò)改變機(jī)械力調(diào)控細(xì)胞高度

研究者隨后對(duì)Ptp61F調(diào)控Ex的分子機(jī)制進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)Ptp61F會(huì)顯著上調(diào)近頂層細(xì)胞連接上的Ex蛋白表達(dá)量，并使其在胞質(zhì)中形成點(diǎn)狀聚集，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Ex及Yki均與Rab5和Rab7標(biāo)記的內(nèi)吞小泡存在共定位。最后研究人員證明Ptp61F/Ex復(fù)合體能與內(nèi)吞過(guò)程中調(diào)控底物識(shí)別的核心蛋白AP-2結(jié)合，調(diào)控Ex介導(dǎo)的信號(hào)傳遞。

圖5.Ptp61F過(guò)表達(dá)促進(jìn)Ex-Yki的內(nèi)吞體定位

綜上，本研究主要發(fā)現(xiàn)如下：

1）Ptp61F通過(guò)調(diào)控Hippo,Tor以及機(jī)械力信號(hào)通路影響腫瘤發(fā)生；

2）Ptp61F/Ex復(fù)合體具有改變細(xì)胞數(shù)量、細(xì)胞大小和細(xì)胞高度的能力；

3）Ptp61F/Ex/Yki/AP-2復(fù)合體介導(dǎo)了內(nèi)吞與Hippo通路之間的互作。器官大小的精確調(diào)控對(duì)于多細(xì)胞生物正常發(fā)育與機(jī)體功能的維持至關(guān)重要，該機(jī)制的紊亂則會(huì)導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，馬仙玨團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)揭示了Ptp61F通過(guò)影響Hippo、Tor和機(jī)械力來(lái)調(diào)控腫瘤發(fā)生與3D器官大小的新機(jī)制。

西湖大學(xué)科研助理劉朋為本文第一作者，西湖大學(xué)馬仙玨研究員為本文通訊作者。該工作得到了課題組郭一帆的大力幫助。La Trobe大學(xué)Helena Richardson教授，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)王興教授和李曉琴同學(xué)提供了支持與幫助。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、西湖實(shí)驗(yàn)室、浙江省生長(zhǎng)調(diào)控和轉(zhuǎn)化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助和支持。