生命学院Yuu Kimata课题组揭示果蝇卵子发育新机制

近日，生命学院Yuu Kimata课题组在英国皇家学会（The Royal Society）旗下学术期刊Open Biology杂志上在线发表题为 “The careful control of Polo kinase by APC/C-Ube2C ensures the intercellular transport of germline centrosomes during Drosophila oogenesis” 的论文。在此论文中，Yuu Kimata课题组发现进化保守的激酶Polo (人类Plk1) 可以调控果蝇卵子发育过程中生殖细胞中心体的运送，并揭示了中心体在卵子发育中的崭新作用。这一工作由Yuu Kimata课题组与英国剑桥大学和西班牙安达卢西亚发育生物学中心等合作团队共同完成。

中心体是大部分动物细胞中的主要微管组织中心。通过微管成核，中心体主要调节发育过程中以及成体组织中的多种细胞过程。中心体也与人类健康也密不可分， 中心体功能的障碍与各种人类疾病有关，包括癌症、小头症和纤毛病等。因此，了解中心体的功能和调控机制不仅有助于我们进一步理解多细胞生物学，对于了解相关疾病的发病机理也至关重要。对于许多动物（包括果蝇和人类），雌性生殖细胞会在卵子发生过程中形成合胞体囊，而囊中的所有中心体都会运输到一个细胞中，这个细胞就将成为卵母细胞。因此，这种胞间运输很有可能在卵母细胞的特化和分化中发挥极其关键的作用。然而，目前学界仍不清楚中心体运输在此过程中的具体作用以及相关分子机制。

Yuu Kimata课题组利用基因组编辑得到了Ube2C基因（泛素结合酶E2C，果蝇中为Vihar或称Vih）的新突变体，并发现在此突变体的雌性生殖细胞中，中心体的运输受到了抑制。在新突变体果蝇的卵巢中，Polo样激酶1 （Polo/Plk1）的表达量显著下降。Polo是中心体的重要调控因子，也是泛素连接酶后期促进复合物APC/C 的底物之一。所以，该突变可能通过上调APC/C而降低Polo的蛋白水平。通过利用新突变体和已有的Polo突变体，研究揭示Polo的失活是通过分离中心粒阻断了中心体的运输。此外，他们还发现，在处于发育状态的卵腔中，中心体的错误位置会导致雌性生殖细胞中形成的微管网络极化不完全，还会发生异位的微管成核，这将会进一步使得该细胞的卵母性丢失以及卵母细胞的细胞膜破裂。

这项新研究表明，在果蝇卵母细胞发育过程中，中心体运输对微管成核的空间调控至关重要，而这一过程是由进化保守的APC/C-Ube2C-Polo通路所精准协调的。由于哺乳动物生殖细胞中也存在中心体的运输现象，因此在人类卵母细胞的发育中，也可能存在类似的分子机制。有关APC/C-Ube2C-Polo通路在哺乳动物卵子发生中的进一步研究可能对不孕不育的新疗法开发具有重要意义。论文通讯作者为上海科技大学Yuu Kimata教授和英国剑桥大学的Alexis Leah Braun教授，Yuu Kimata课题组的博士研究生张倩也参与了该项工作。该研究工作得到了上海科技大学启动科研经费的支持。

图：APC/C 调控模型。APC/C 的功能需要在生殖细胞的最后一轮有丝分裂后停止，以便稳定Polo水平，从而使中心体保持稳定并运送到卵母细胞。当有更大的 APC/C活性过强时， Polo被提前降解，卵泡变得不稳定。