研究表明蛋白质如何控制果蝇翅膀的发育

人类胚胎中的细胞如何知道它们在体内的位置以及它们应该如何发育?为什么某些细胞形成手指而其他细胞不形成?弗莱堡生物学家通过展示为什么静脉在果蝇翅膀的特定点形成来解释控制这些步骤的机制。蛋白质Pentagone在翅膀中传播特定信号，告诉细胞如何表现。

“生物果蝇(Drosophila melanogaster)中这种发育步骤至关重要的蛋白质Dpp和Pentagone在人体中也以类似的形式存在，”Freiburg生物学家Giorgos Pyrowolakis博士说。“在这项研究中阐明的基本原则在人类中也很活跃，他们可能控制细胞形成手指的地方。” Pyrowolakis和团队，包括珍妮弗Gawlik，马克·诺曼博士亚历山大Springhorn，和罗宾VUILLEUMIER发表了他们的研究结果在杂志网上生活。将来，这些结果可能有助于我们了解发育障碍的起源。

蛋白质Dpp以各种浓度位于细胞区域中。位于未来机翼中间的细胞产生Dpp。蛋白质扩散到组织中的其余细胞，在此过程中变得不那么集中。在数学术语中，这种现象被称为浓度梯度。细胞根据其在梯度中的位置激活不同的基因。每个细胞都由其中激活的基因指定发育，并且当达到某些阈值时静脉发育。因此，梯度决定了果蝇翅膀的静脉之间的距离。

位于距离Dpp源最远的细胞产生Pentagone。没有这种蛋白质，细胞网络中就没有浓度梯度，Dpp会在生产点停留。如果在果蝇中关闭Pentagone的基因，则昆虫的翅膀较小并且外部静脉缺失。“Pentagone导致Dpp继续传播，”Pyrowolakis解释说，“从而延长了蛋白质的分布范围。”

弗莱堡生物学家在他们的研究中阐明了这些过程背后的分子机制。Dpp与未来翼中位于细胞表面的受体结合，并在细胞中启动信号级联。信号级联根据Dpp结合多少受体激活不同的基因。Pentagone与受体的特定部分结合，即所谓的共受体。它们像触须一样起作用，“抓住”蛋白质并将它们传递给受体。Pentagone使共同受体被推入细胞中被分解。这减少了可以结合并传递细胞上的Dpp的共受体的量，导致受体活性降低。Pentagone的浓度梯度与Dpp的浓度梯度相反。细胞越接近Pentagone产生的位置，它可以绑定的Dpp越少。调整Pentagone的量以匹配Dpp的量。“当机翼生长时，Dpp梯度也会扩大，”Pyrowolakis说。“Pentagone以类似于恒温器调节温度的方式调节梯度。”