李光副教授課題組在Nature Ecology & Evolution上發(fā)文揭示Hedgehog信號(hào)在脊索動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)階梯式演化中的作用
2020年7月14日，細(xì)胞應(yīng)激生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李光副教授課題組在《Nature Ecology & Evolution》在線發(fā)表題為“Step-wise evolution of neural patterning by Hedgehog signalling in chordates”的研究論文。
脊椎動(dòng)物是現(xiàn)存生物中器官結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的類(lèi)群，其中尤以中樞神經(jīng)系統(tǒng)最為突出。揭示脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)如何起源一直是進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的重要課題，而要回答該問(wèn)題，需要對(duì)低等生物，特別是脊椎動(dòng)物近親無(wú)脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生機(jī)制開(kāi)展研究。Hh信號(hào)是調(diào)控脊椎動(dòng)物神經(jīng)管背腹圖式形成的關(guān)鍵信號(hào)通路之一。在脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育中，Hh蛋白由脊索和神經(jīng)管基板（floor plate）細(xì)胞合成分泌，并在神經(jīng)管中形成由腹側(cè)向背側(cè)濃度依次降低的梯度。受此影響，神經(jīng)管背腹不同區(qū)域細(xì)胞分別表達(dá)不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄因子，并進(jìn)而通過(guò)它們之間的相互抑制作用，促進(jìn)不同類(lèi)型神經(jīng)元前提細(xì)胞在不同區(qū)域分化。所以，揭示Hh信號(hào)在脊椎動(dòng)物近源物種神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的功能將是闡述脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)起源的重要切入點(diǎn)。
該研究通過(guò)對(duì)Hh信號(hào)在文昌魚(yú)（脊椎動(dòng)物近親之一）神經(jīng)管發(fā)生中的作用分析發(fā)現(xiàn)，該信號(hào)只參與文昌魚(yú)部分運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和Err陽(yáng)性神經(jīng)元的發(fā)育調(diào)控，且其下游轉(zhuǎn)錄因子在文昌魚(yú)神經(jīng)發(fā)生中不具有相互抑制作用。據(jù)此，論文提出，Hh參與脊椎動(dòng)物神經(jīng)管背腹圖式形成功能是在脊索動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中分步實(shí)現(xiàn)的：首先，在脊索動(dòng)物祖先中，Hh被募集到脊索和神經(jīng)管腹側(cè)表達(dá)，并在那里參與部分運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的發(fā)生，接著，在脊椎動(dòng)物祖先中，Hh被進(jìn)一步招募參與更多神經(jīng)發(fā)育相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，并進(jìn)而促成它們之間形成相互抑制調(diào)控關(guān)系，參與脊椎動(dòng)物不同神經(jīng)元前體細(xì)胞分化。該研究因而為揭示脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)起源提供了重要線索。這是該課題組在系統(tǒng)闡述Hh信號(hào)參與文昌魚(yú)左右不對(duì)稱(chēng)建立機(jī)制（Development, 2017; Development, 2020）后，對(duì)文昌魚(yú)Hh信號(hào)另一胚胎發(fā)育功能的深入探討。
該論文由牛津大學(xué)動(dòng)物學(xué)系和廈門(mén)大學(xué)生科院合作完成，我院2015級(jí)博士生任瓊瓊和2019級(jí)博士生鐘燕泓為該論文的共同第一作者，李光副教授、Sebastian M. Shimeld教授及王義權(quán)教授為為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委中英聯(lián)合項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目等的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41559-020-1248-9
（生命科學(xué)學(xué)院）
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