美國約翰·霍普金斯大學(xué)科學(xué)家通過研究果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)，揭示了幾種蛋白質(zhì)信號的活動,，這些蛋白質(zhì)信號能讓運(yùn)動神經(jīng)軸突知道該在何時、何地分支,，伸向正確的肌肉目標(biāo)并與之連接,。相關(guān)論文發(fā)表在近期《神經(jīng)元》雜志上。
果蠅要控制自身運(yùn)動,，必須有一套運(yùn)動神經(jīng)元將運(yùn)動纖維和神經(jīng)索連在一起,。在胚胎發(fā)育期，神經(jīng)細(xì)胞會發(fā)出絲狀軸突束,，將神經(jīng)索和目標(biāo)肌纖維連接起來,。起初，許多軸突一起向外伸展,，隨著它們不斷前進(jìn),，一些軸突必須在特定地點(diǎn)退出共同的“高速路”，去往特定的目的地,。“如果軸突分支失敗,、分支太早或太頻繁，就可能在關(guān)鍵的肌肉—神經(jīng)連接上留下空白,。”約翰·霍普金斯大學(xué)基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授,、霍華德·休斯醫(yī)學(xué)院研究員亞歷克斯·克羅金說。
在實(shí)驗(yàn)中,，研究小組滅活并控制了果蠅的相關(guān)基因,，觀察運(yùn)動神經(jīng)元的分支情況。他們發(fā)現(xiàn),，一起向外“旅行”的軸突表面都有一些蛋白質(zhì),，其作用就像雙向發(fā)報(bào)機(jī)，讓軸突能彼此通訊,，協(xié)調(diào)它們的運(yùn)動方式,，以確保每條肌肉纖維都有神經(jīng)細(xì)胞與之連接。
通訊中心是一種叫做Sema-1a的蛋白,，位于運(yùn)動神經(jīng)元軸突的表面,。如果鄰居軸突表面有另一種叫做PlexA的蛋白，就會受Sema-1a排斥而從軸突束上轉(zhuǎn)向離開,，所以Sema-1a的作用就像一個指令信號,，而PlexA是接受該指令的受體。但在實(shí)驗(yàn)中,，他們發(fā)現(xiàn)Sema-1a也能作為PlexA的受體,?？肆_金說：“我們曾以為這對表面蛋白是‘單向發(fā)報(bào)機(jī)’，只能向一個方向傳遞信息,，而現(xiàn)在我們知道信息傳遞可以是雙向的,。”
除了識別出這一“雙向”通訊系統(tǒng)，他們還發(fā)現(xiàn)了運(yùn)動軸突上的其他蛋白,，如被稱為Pebble,、RhoGAPp190、Rho1的蛋白基因,，Sema-1a在接受一個PlexA信號之后,，還能與這些蛋白互相作用，決定軸突的行為,。
“這一信號系統(tǒng)非常復(fù)雜,，我們還未能理解總體的控制機(jī)制，但離此目標(biāo)已經(jīng)近了一步,。”克羅金指出,，人體中也有Sema-1a的“親緣”蛋白，已知與精神分裂癥有關(guān),，但其在疾病中的具體作用還不清楚,。哺乳動物體內(nèi)也有同類的信號蛋白，對免疫系統(tǒng),、神經(jīng)系統(tǒng),、心臟發(fā)育及腫瘤發(fā)展都有著調(diào)節(jié)作用，研究這些蛋白對研究人類疾病有著廣泛影響,。(生物谷Bioon.com)
DOI:10.1016/j.neuron.2012.09.018
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The Control of Semaphorin-1a-Mediated Reverse Signaling by Opposing Pebble and RhoGAPp190 Functions in Drosophila
Sangyun Jeong, Katarina Juhaszova, Alex L. Kolodkin
Transmembrane semaphorins (Semas) serve evolutionarily conserved guidance roles, and some function as both ligands and receptors. However, the molecular mechanisms underlying the transduction of these signals to the cytoskeleton remain largely unknown. We have identified two direct regulators of Rho family small GTPases, pebble (a Rho guanine nucleotide exchange factor [GEF]) and RhoGAPp190 (a GTPase activating protein [GAP]), that show robust interactions with the cytoplasmic domain of the Drosophila Sema-1a protein. Neuronal pebble and RhoGAPp190 are required to control motor axon defasciculation at specific pathway choice points and also for target recognition during Drosophila neuromuscular development. Sema-1a-mediated motor axon defasciculation is promoted by pebble and inhibited by RhoGAPp190. Genetic analyses show that opposing pebble and RhoGAPp190 functions mediate Sema-1a reverse signaling through the regulation of Rho1 activity. Therefore, pebble and RhoGAPp190 transduce transmembrane semaphorin-mediated guidance cue information that regulates the establishment of neuronal connectivity during Drosophila development.
