进化所发育与再生实验室主要利用果蝇和斑马鱼模式动物体系，通过分子生物学、细胞生物学、遗传学、组学等技术手段，研究组织器官发育和成体器官再生过程中重要调控因子的作用机制。近年来，实验室重点关注果蝇造血器官和生殖器官的发育调控，已发表了多篇论文。近日，实验室在蛋白磷酸酶调控果蝇血细胞命运决定方向以及核糖体蛋白调控精子发生方面取得多项新进展，其研究成果已分别在FEBS Journal、Journal of Molecular Cell Biology和Science China - Life Sciences（《中国科学：生命科学》英文版）在线发表。
一、蛋白磷酸酶调控果蝇血细胞命运决定和造血器官稳态
血细胞由造血器官产生，造血过程中的任何异常都可能导致血液疾病的发生。实验室以果蝇幼虫造血器官淋巴腺为材料，分别探究了蛋白磷酸酶PP2A和PpV在果蝇血细胞发育过程中的重要性，初步揭示了蛋白磷酸酶维持造血器官稳态的作用机制。
PP2A是细胞中含量最为丰富的蛋白磷酸酶之一，其异常活性常见于多种血液疾病中。实验室近期工作发现，在果蝇造血器官淋巴腺中敲降PP2A结构亚基和催化亚基的表达，可以引起淋巴腺的组织肥大及结构紊乱，呈现出类似肿瘤的表型。随后发现，PP2A不仅以细胞自主性的方式负调控自身细胞的增殖，而且通过非细胞自主性的方式负调控周围细胞的增殖。进一步的作用途径研究发现，在PP2A缺失组中Pvr蛋白（PDGF/VEGF受体）和Smo蛋白（Hedgehog信号激活因子）的表达量显著下降。在PP2A缺失的遗传背景下，引入外源Pvr或是Smo都可以很好的挽救PP2A缺失导致的淋巴腺肥大的表型。在此途径中，Pvr作用于Smo上游，其表达敲降或是过表达可抑制或上调Smo的表达。这些结果说明PP2A通过Pvr-Smo途径来控制血细胞的增殖，初步揭示了PP2A在果蝇造血过程中新的调控机制。同时，该项研究强调了果蝇淋巴腺作为研究白血病疾病模型的潜力，Pvr、Smo与PP2A的偶联为理解PP2A在造血过程中的分子机制、改善相关血液疾病的治疗策略提供新的见解。
蛋白磷酸酶PP2A通过Pvr-Smo途径调控淋巴腺血细胞增殖
上述研究结果成文“Protein phosphatase 2A regulates blood cell proliferation and differentiation in Drosophila larval lymph glands”，已在期刊FEBS Journal上在线发表。进化所博士研究生张芳、罗网和硕士研究生刘素敏为本文的共同第一作者，苏颖教授和赵龙教授为本论文共同通讯作者。
此外，实验室近期的另一项研究成果还揭示了另外一个蛋白磷酸酶PpV在果蝇血细胞发育过程中发挥的重要作用。果蝇的晶细胞是一种特殊的血细胞类型，因其胞内含有酚氧化酶原晶体而得名。晶细胞在功能上类似于哺乳动物的血小板，当果蝇受伤时，其被招募至伤口处，并裂解自身以释放胞内的酚氧化酶原，进而促进伤口结痂。本课题首先发现晶细胞特异性高表达蛋白磷酸酶PpV。后续研究发现，在晶细胞中敲降PpV后，晶细胞的增殖能力增加，晶细胞数量倍增；与此同时，晶细胞中的Notch蛋白水平明显下降，而引入外源Notch蛋白或信号通路转录因子Su(H)时，晶细胞的破碎得到了挽救。最后发现，在幼虫表皮受到损伤时，淋巴腺内的晶细胞会响应于损伤刺激发生破裂，而过表达PpV会抑制晶细胞的破碎，表明PpV是促进晶细胞对损伤作出响应、行使伤口愈合功能的潜在调控因子。这些结果证明了PpV能够调控晶细胞的稳态维持及增殖，并且在先天免疫反应中也发挥重要作用。
蛋白磷酸酶PpV调控晶细胞稳态
该项研究结果已在Journal of Molecular Cell Biology在线发表，文章题目为Dual role of PpV in Drosophila crystal cell proliferation and survival。进化所博士毕业生罗网和博士生张芳为本文的共同第一作者，苏颖教授和赵龙教授为本论文共同通讯作者。
二、核糖体蛋白调控果蝇精子发生过程中的分化进程
成熟精子的产生需要经过精原细胞有丝分裂、初级精母细胞减数分裂、精细胞伸长个体化等多个阶段，这一系列过程统称为精子发生。课题组主要以果蝇为模式动物，关注在精子发生过程各阶段中的核糖体组分蛋白的不同功能，包括非传统核糖体的生物学功能。课题组先前已报道了核糖体小亚基蛋白RpS25和RpS3在果蝇精子发生的功能，本研究聚焦于核糖体大亚基蛋白RpL38。
本研究首先解析了RpL38与果蝇精子发生的关系。在果蝇精巢内敲降RpL38的表达，精巢中会聚集大量的精原细胞，这些精原细胞不能完成向精母细胞的转变，说明精原细胞向精母细胞的转变过程，即有丝分裂向减数分裂的转变过程，需要RpL38的参与。进一步，通过免疫荧光染色、表型鉴定与转录组分析发现，敲降RpL38的表达会抑制精原细胞分化因子Bam的表达（其转录本和蛋白表达量均大幅下降）。特别是，bam基因的回补表达能够完全挽救由RpL38缺失造成的精子发生缺陷。RpL38作为核糖体大亚基蛋白，能够参与核糖体组装和蛋白合成过程。而本研究中的这些结果说明，RpL38调控精子发生过程的作用方式并不是依赖通常形式的核糖体翻译来影响细胞内全部蛋白的合成，而是通过特异性影响Bam表达来调控精原细胞向精母细胞的转变过程。该项工作还通过FACS成功收集了精原细胞，并对其进行4D蛋白质组学测序，首次得到了针对雄果蝇精原细胞群的蛋白组数据。在正常精原细胞与阻滞性精原细胞的蛋白组数据对比中发现，早在精原细胞阶段减数分裂相关蛋白便得到储备，以实现精原细胞向精母细胞的转变，而转变受阻的精原细胞中这些蛋白储备尚未完成。
核糖体蛋白RpL38调控精子发生
这项研究发现了RpL38通过特异性调节Bam表达来调控精原细胞向精母细胞的转变过程，同时采用了4D蛋白质组学刻画了果蝇精原细胞群体的蛋白质组特征，揭示了精原细胞向精母细胞转变过程中对减数分裂相关蛋白的需求。本研究深化了人们对果蝇精原细胞到精母细胞的转变过程的理解，为进一步精子发生与遗传发育研究提供参考依据。研究结果已在SCIENCE CHINA Life Sciences在线发表，论文题目为“RpL38 modulates germ cell differentiation by controlling Bam expression in Drosophila testis ”。进化所博士毕业生方洋和博士研究生张峰超为该论文共同第一作者，苏颖教授和赵龙教授为共同通讯作者。
上述工作均得到了崂山实验室科技创新项目、国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费专项基金等资助。
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1. Zhang F#, Luo W#, Liu S#, Zhao L*, Su Y*. (2024) Protein phosphatase 2A regulates blood cell proliferation and differentiation in Drosophila larval lymph glands. FEBS Journal doi:10.1111/febs.17247
2. Luo W#, Zhang F#, Zhao F, Fang Y, Zhao L*, Su Y*. (2024) Dual role of PpV in Drosophila crystal cell proliferation and survival. Journal of Molecular Cell Biology doi:10.1093/jmcb/mjae028
3. Fang Y#, Zhang F#, Zhao F, Wang J, Cheng X, Ye F, He J, Zhao L*, Su Y*. (2024) RpL38 modulates germ cell differentiation by controlling Bam expression in Drosophila testis. Science China Life Sciences doi:10.1007/s11427-024-2646-3
4. Xu D, Pan J, Fang Y, Zhao L*, Su Y*. (2024) RpS25 is required for sperm elongation and individualization during Drosophila spermatogenesis. Biochemical and Biophysical Research Communications 702:149633.
5. Fang Y#, Zhang F#, Zhan Y#, Lu M, Xu D, Wang J, Li Q, Zhao L*, Su Y*. (2023) RpS3 is required for spermatogenesis of Drosophila melanogaster. Cells 12(4):573.
6. Luo W#, Liu S#, Zhang F, Zhao L*,Su Y*. (2022) Metabolic strategy of macrophages under homeostasis or immune stress in Drosophila. Marine Life Science & Technology 4(3): 291-302.
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