Cell Death Dis︱余小强团队揭示转录因子Lola调控果蝇卵巢微环境建立和抑制卵巢凋亡的分子机制

撰文︱赵婷

责编︱方以一，王思珍

编辑︱方以一

干细胞微环境（GSC niche）为干细胞自我更新或分化提供外部信号，果蝇卵巢是研究干细胞微环境的模型系统。在果蝇卵巢中，干细胞微环境（niche）由末端纤维细胞（Terminal filament cells，TFCs）、帽细胞（Cap cells，CCs）和护卫细胞（Escort cells，ECs）组成[1]。微环境建立起始于幼虫时期末端纤维的形成，但是关于末端纤维形成的机制几乎是空白的。在成蝇卵巢中，卵子发生过程根据特定的形态特征分为14个阶段。细胞凋亡在卵子发生的早期、中期和晚期均有发生[2]。Longitudinals lacking（Lola）是黑腹果蝇中的一个多功能转录因子，编码至少20种蛋白亚型[3]。Lola在果蝇卵巢中高表达，但是Lola在卵巢发育和卵子发生过程中所扮演的角色尚不明确。

2022年9月2日，华南师范大学余小强教授/卢玉珍副研究员在Cell Death & Disease上发表了题为“A dual role of lola in Drosophila ovary development: regulating stem cell niche establishment and repressing apoptosis”的研究，揭示了果蝇转录因子Lola调节幼虫卵巢干细胞微环境和成蝇卵巢凋亡的分子机制。

该研究发现Lola蛋白在卵巢的体细胞中表达，如TFCs和CCs。用体细胞驱动子c587-Gal4在果蝇卵巢中沉默lola的表达，发现雌蝇繁殖力显著低于对照组，说明lola为雌性生殖所必需。对照组卵巢大小正常，有成熟卵子形成；而lola沉默的果蝇卵巢则是一大一小或一对都小，且异常卵巢中的卵巢小管数量减少或者无明显的卵巢小管结构（图1）。

图1 lola沉默导致卵巢体积变小，卵巢小管数量减少

（图源：Zhao T et al., Cell Death Dis, 2022）

成蝇卵巢小管的数量与幼虫的末端纤维数量一致，作者推测lola沉默可能导致幼虫卵巢中末端纤维的形成发生异常。末端纤维是干细胞微环境的组成部分，En（Engrailed）抗体可标记末端纤维细胞。En抗体染色显示lola沉默导致幼虫卵巢体积变小，末端纤维排列散乱或者观察不到末端纤维结构（图2），结果说明lola是卵巢干细胞微环境建立所必需的。

图2 lola沉默影响末端纤维结构的建立

（图源：Zhao T et al., Cell Death Dis, 2022）

作者在lola沉默导致的异常卵巢中观察到一些DNA碎片（图 1（c'' 和 d''），推测卵巢细胞发生凋亡。作者进行了TUNEL和 DAPI 染色，进一步在lola沉默导致的异常卵巢中检测到DNA碎片的存在（图 3A（b' 和 c'））。为了确定这些表型是幼虫卵巢微环境建立异常还是成蝇Lola功能丧失导致，作者将温敏品系果蝇c587>lola和对照组c587> w¹¹¹⁸在低温下将卵培育到蛹期，使微环境正常建立；而后将蛹转移到高温培养直至羽化，从而在高温阶段沉默lola的表达。结果发现在微环境正常建立的情况下，lola沉默的成蝇卵巢大小和卵巢小管数量正常（图 3B（b 和 c））。然而，在43%的lola沉默成蝇卵巢中，约3-6个卵室在卵子发生中期出现DNA碎片（图 3B（b 和 c）），而在对照组成蝇卵巢中，没有超过三个卵室显示DNA碎片（图3B（a））。这些结果表明，lola能抑制成蝇的卵巢细胞凋亡。

图3 lola沉默导致卵子发生中期的卵室发生凋亡

（图源：Zhao T et al., Cell Death Dis, 2022）

为了探究lola影响卵巢发育的分子机制，作者通过转录组测序挖掘到与凋亡相关的基因Roc1b （Regulator of cullins 1b）。Roc1b过表达的卵巢表型和lola沉默的一致（图4A（b, c）），而且过表达Roc1b能够挽救lola沉默导致的雌蝇繁殖力下降和卵巢发育异常表型（图4A（d）和4B）。这些结果说明lola通过抑制Roc1b的表达影响卵巢发育。

图4 lola通过抑制Roc1b的表达影响卵巢发育

（图源：Zhao T et al., Cell Death Dis, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

果蝇卵巢是研究干细胞微环境和卵巢发育的模型系统。微环境的建立起始于幼虫时期末端纤维的形成，作者描述了果蝇Lola通过影响卵巢末端纤维的形成参与调节卵巢微环境的建立。作者还发现Lola通过抑制Roc1b的表达抑制成蝇卵巢细胞凋亡。人类的Roc1b同源物RBX1在女性的高级别浆液性卵巢癌（High-grade serous ovarian cancer）中发挥作用[4]。综合作者的研究与已发表的结果表明，果蝇和哺乳动物的生殖机制是保守的。该项研究揭示了果蝇lola在卵巢中的功能，将有助于更好地了解lola在哺乳动物卵巢发育中的作用。干细胞微环境的建立受多种信号通路的调节，包括Tor/Insulin、Ecdysone和Hippo等信号通路。后续研究将着力于揭示lola如何通过上述一种或多种信号通路在干细胞微环境的建立中发挥作用。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41419-022-05195-9

赵婷博士（华中师范大学生命科学学院）为论文的第一作者，华南师范大学生命科学学院余小强教授与卢玉珍副研究员为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金面上项目（No. 31970474）的支持。

第一作者：赵婷（左一），通讯作者：余小强教授（左二）、卢玉珍副研究员（右一）

（照片提供自：余小强团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读） 

余小强，教授，博士生导师，华南师范大学生命科学学院昆虫科学与技术研究所副所长。回国前曾任密苏里大学 - 堪萨斯校区（University of Missouri – Kansas City）终身教授，生化与分子生物学系系主任，获得密苏里大学优秀研究生导师奖，曾获得国家自然科学基金委员会海外“杰出青年”项目。主要从事昆虫免疫与发育研究，长达30余年。在本领域国际顶级期刊PNAS、Immunol Rev、Insect Biochem Mol Biol、J Biol Chem、J Agric Food Chem等学术刊物共发表论文170余篇，文章被他引8100余次，文章的H指数为50，入选爱斯维尔2021中国高被引学者（生物学）。

卢玉珍，博士，华南师范大学昆虫科学与技术研究所副研究员。主要从事宿主和病原的互作机制、害虫生物防治以及转录因子的功能研究。

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参考文献（上下滑动阅读） 

[1] Gilboa L. Organizing stem cell units in the Drosophila ovary. Curr Opin Genet Dev. 32, 31–36 (2015).

[2] Drummond-Barbosa D, Spradling AC. Stem cells and their progeny respond to nutritional changes during Drosophila oogenesis. Dev Biol. 231, 265–278 (2001).

[3] Dinges N, Morin V, Kreim N, Southall TD, Roignant J. Comprehensive characterization of the complex lola locus reveals a novel role in the octopaminergic pathway via Tyramine beta-hydroxylase activation. Cell Rep. 21, 2911–2925 (2017).

[4] Bungsy M, Palmer MCL, Jeusset LM, Neudorf NM, Lichtensztejn Z, Nachtigal MW, et al. Reduced RBX1 expression induces chromosome instability and promotes cellular transformation in high-grade serous ovarian cancer precursor cells. Cancer Lett. 500, 194–207 (2021).

本文完