植生生态所科研人员在果蝇变态发育的激素调控取得新进展

中科院上海生科院植物生理生态研究所李胜研究员研究组9月28日在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》上正式发表题为“Sumoylation modulates 20-hydroxyecdysone signaling by maintaining USP protein levels in Drosophila”的研究论文。该研究发现，USP不是保幼激素(JH)受体，而作为蜕皮激素(20E)受体EcR的分子伴侣参与20E信号传导，其蛋白水平受SUMO化调控。

昆虫的变态发育受20E和JH的协同调控：20E主导幼虫蜕皮和幼虫-蛹-成虫变态，JH则在幼虫蜕皮期拮抗20E作用而维持幼虫性状，从而阻止变态提前发生。经过20多年的努力，20E信号传导途径已被基本阐明；但JH虽然发现至今已近80年，“JH受体”之谜和JH信号传导途径却直到近几年才被揭示。

李胜实验室长期研究JH，以果蝇作为模式昆虫，在鉴定JH受体、阐明JH信号传导、剖析JH-20E互作等方面取得了一系列研究成果：（1）在幼虫蜕皮时期，JH通过拮抗20E诱导的程序化细胞死亡(PCD)而“维持幼虫性状” 。JH缺失导致果蝇在蛹期早期死亡、而JH部分缺失果蝇的成虫生殖能力下降 (Insect Biochemistry and Molecular Biology 2010)。（2）MET是一种bHLH-PAS转录因子。Met突变体对外添JH处理不敏感；超表达Met促进20E诱导的PCD，而外添JH则通过拮抗MET转录活性而阻碍20E诱导的PCD (Development 2009)。（3）Met缺失突变体没有致死表型，其同源基因gce的突变体也没有致死表型。和JH缺失果蝇一样，Met gce双突变体在幼虫-蛹变态时期死亡，并且20E促进的PCD提前和加剧(Insect Biochemistry and Molecular Biology 2011)。（4）Kr-h1是JH初级反应基因。Met gce双突变体中JH信号传导中断，JH不再诱导Kr-h1表达。JH缺失果蝇、Met gce双突变体、以及Kr-h1突变体中，20E诱导的Br-C表达和PCD提前和加剧(Development 2011)。（5） Kr-h1启动子区域的JH反应元件为E-box-like motifs。在细胞质中，Hsp83与MET存在较弱的蛋白-蛋白相互作用；在JH存在下，Hsp83-MET互作增强，MET构象改变；Hsp83-MET穿过核孔，进入细胞核，在其它bHLH-PAS共转录因子的作用下，与JH反应元件结合，诱导Kr-h1等JH初级反应基因的表达（图一）(Journal of Biological Chemistry 2014)。（6）USP曾长期被误认为JH受体，但后来大量研究确证USP并不是JH受体，而只是作为20E受体EcR的分子伴侣。EcR与配体20E结合后被激活，而USP的蛋白水平受磷酸化(Journal of Proteome Research 2012)和SUMO化 (Insect Biochemistry and Molecular Biology 2014)等翻译后修饰方式所精细调控。

本研究得到了自然科学基金委国家杰出青年基金和重点项目，及其科技部973项目的经费支持。（植生生态所）