研究人員揭示Wnt和TGFβ信號協同調控與個體大小相關的生物行為

    多細胞動物中生長和模式化（patterning）的協調，造成了組織、器官乃至個體形態(tài)和大小的差異。組織的大小與功能是有關系的，但是協調大小和功能之間關系的機制仍不清楚。

    2019年8月15日，來自美國Stowers研究所的Alejandro Sánchez Alvarado團隊在Nature上發(fā)表文章Wnt and TGFβ coordinate growth and patterning to regulate size-dependent behavior，揭示了Wnt和TGFβ信號通路如何協調生長和模式化進而調控渦蟲大小與橫裂生殖行為的具體機制。

    首先，作者利用活細胞成像觀察了渦蟲分裂過程。首先發(fā)現了第一次分裂產生的子代片段長度與母體長度無關，相同時間內母體越長經歷的分裂次數越多，產生的子代也越多，這些子代約1mm左右。這些結果證實渦蟲分裂與大小有關、子代數目和分裂起始頻率與母體大小也有關系。作者還發(fā)現沿著身體前后軸方向上存在規(guī)律間隔的機械脆弱壓縮平面（compression plane），它正好與渦蟲分裂平面重疊，其數目與渦蟲大小相關，說明這種壓縮平面就是渦蟲的分裂平面。

    隨后利用RNA干擾庫篩選前后軸模式化相關基因，結果發(fā)現TGFβ和Wnt信號途徑組分可以作為分裂起始頻率的調節(jié)因子，鑒定到actR-1、smad2/3、β-catenin、dsh-B、tsh和wnt11-6是分裂激活因子，而apc是分裂抑制因子。進一步的，利用RNAi與動態(tài)觀察，證明它們是通過調節(jié)分裂頻率而非分裂平面的前后軸模式化發(fā)揮作用。FISH結果證明TGFβ和Wnt信號組分與CNS標志物pc2共定位；去除包含頭神經節(jié)的前部組織延遲了分裂行為的開始；敲低CNS模式化關鍵轉錄因子coe，顯著減少了分裂。這些結果表明表達Wnt和TGFβ信號的前部中樞神經系統(tǒng)調節(jié)了分裂的開始。隨后，作者進一步發(fā)現，Wnt和TGFβ信號調控了pkd1L-2+/gabrg3L-2+/sargasso-1+的機械感受神經元的模式化分布，并且這種分布也是與個體大小相關的。

    本文發(fā)現在渦蟲生長過程中，Wnt和TGFβ信號通路的模式化分布協調了個體大小與機械感受神經元的模式化分布，進而調控分裂起始頻率，最終調節(jié)渦蟲的橫裂生殖。該成果首次鑒定了Wnt和TGFβ在調節(jié)大小依賴行為中的角色，證實了發(fā)育模式化能夠協調控制組織生長與大小依賴的各種功能，加深了人們對生物體控制大小與功能間相互關系具體機制的理解。