研究人員揭示W(wǎng)nt和TGFβ信號協(xié)同調(diào)控與個體大小相關(guān)的生物行為

    多細胞動物中生長和模式化（patterning）的協(xié)調(diào)，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(guān)系的，但是協(xié)調(diào)大小和功能之間關(guān)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(xié)調(diào)生長和模式化進而調(diào)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(xiàn)了第一次分裂產(chǎn)生的子代片段長度與母體長度無關(guān)，相同時間內(nèi)母體越長經(jīng)歷的分裂次數(shù)越多，產(chǎn)生的子代也越多，這些子代約1mm左右。這些結(jié)果證實渦蟲分裂與大小有關(guān)、子代數(shù)目和分裂起始頻率與母體大小也有關(guān)系。作者還發(fā)現(xiàn)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(shù)目與渦蟲大小相關(guān)，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(guān)基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TGFβ和Wnt信號途徑組分可以作為分裂起始頻率的調(diào)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(diào)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(jié)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(jīng)節(jié)的前部組織延遲了分裂行為的開始；敲低CNS模式化關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子coe，顯著減少了分裂。這些結(jié)果表明表達Wnt和TGFβ信號的前部中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)了分裂的開始。隨后，作者進一步發(fā)現(xiàn)，Wnt和TGFβ信號調(diào)控了pkd1L-2+/gabrg3L-2+/sargasso-1+的機械感受神經(jīng)元的模式化分布，并且這種分布也是與個體大小相關(guān)的。

    本文發(fā)現(xiàn)在渦蟲生長過程中，Wnt和TGFβ信號通路的模式化分布協(xié)調(diào)了個體大小與機械感受神經(jīng)元的模式化分布，進而調(diào)控分裂起始頻率，最終調(diào)節(jié)渦蟲的橫裂生殖。該成果首次鑒定了Wnt和TGFβ在調(diào)節(jié)大小依賴行為中的角色，證實了發(fā)育模式化能夠協(xié)調(diào)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(guān)系具體機制的理解。