進化所發育與再生生物學實驗室聚焦于果蠅和斑馬魚的組織發育和成體器官再生過程中的信號轉導機制，近年持續關注果蠅造血器官的發育過程（Lan et al. International Journal of Molecular Sciences 2020; Luo et al. Marine Life Science & Technology 2022）。近日，實驗室在蛋白磷酸酶調控果蠅血細胞命運決定方向取得新進展，其研究成果“Protein phosphatase 2A regulates blood cell proliferation and differentiation in Drosophila?larval lymph glands”在期刊FEBS Journal上在線發表。

血細胞由造血器官產生，造血過程中的任何異常都可能導致血液疾病的發生。蛋白磷酸酶2A（PP2A）失活是癌癥中常見的事件，其活性與多種血液疾病相關，但其在造血發育過程中的調控機制并不明確。因此，該實驗室以果蠅幼蟲造血器官淋巴腺為材料，分別探究了蛋白磷酸酶PP2A和PPV在果蠅血細胞發育過程中的重要性，初步揭示了蛋白磷酸酶維持造血器官穩態的作用機制。

利用UAS-GAL4二元表達系統，特異性的在成熟血細胞中敲降PP2A結構亞基和催化亞基的表達，對幼蟲淋巴腺熒光染色，觀察到果蠅淋巴腺的組織肥大且結構紊亂，呈現出tumor-like的表型（圖1）。

圖1. PP2A缺失引起淋巴腺組織肥大。（A）對照組淋巴腺幼蟲（B）PP2A缺失組果蠅幼蟲（C）對照組淋巴腺（D,E）PP2A缺失組淋巴腺（F）淋巴腺大小統計圖。

隨后，采用Flip-out系統產生PP2A-loss-function clones, 并結合PH3抗體免疫熒光染色，發現PP2A不僅以細胞自主性的方式負調控自身細胞的增殖，而且通過非細胞自主性的方式負調控周圍細胞的增殖（圖2），控制血細胞發育過程中的正常數量，進而維持造血器官的穩態。

圖2. PP2A缺失引起血細胞異常增殖。（A-A’’）對照組血細胞增殖情況，GFP指示成熟血細胞（B-C’’）PP2A缺失組血細胞增殖情況（D,D’）野生型clone里的細胞增殖（E-E’’）PP2A功能缺失clone里的細胞增殖，GFP指示PP2A缺失的細胞群。

之前的工作已經證明，Hh通路中的轉錄激活因子Smo是PP2A酶的底物之一。為了探究在造血器官中Smo與PP2A之間的作用關系，作者首先檢測了對照組和PP2A缺失組淋巴腺中Smo的表達情況，發現在PP2A缺失組中Smo的表達量顯著下降。因此作者在PP2A缺失的遺傳背景下，引入外源的Smo進行挽救實驗，發現可以很好的挽救PP2A缺失導致的淋巴腺組織肥大的表型（圖3），這些結果提示PP2A通過正調控Smo的表達來控制血細胞的增殖，初步揭示PP2A在果蠅造血過程中新的調控機制。

圖3. PP2A通過Smo調控果蠅造血器官穩態。（A-B’）對照組淋巴腺中Smo的表達情況（C-D’）PP2A缺失組中Smo的表達情況（E）對照組淋巴腺（F）PP2A功能缺失組淋巴腺（H）淋巴腺大小統計圖。

空格眾所周知，Smo可以在細胞膜上轉導Hh信號。考慮到Smo是否通過Hh信號通路發揮作用，作者隨后檢測了Hh通路的關鍵轉錄因子Cubitus中斷蛋白（Ci）的挽救作用。發現無論是引入外源的野生型Ci還是激活形式的Ci5M均無法完全挽救PP2A缺失而的表型，其挽救效果與Smo相比差距很大。這些結果表明，Smo在PP2A調控淋巴腺生長過程中的功能并不完全依賴于Ci。該項研究揭示了在PP2A調控果蠅造血器官的發育過程中，Smo展示出其Ci/hh-independent活性。同時，該項研究強調了果蠅淋巴腺作為研究白血病疾病模型的潛力，Smo與PP2A的偶聯為理解PP2A在造血過程中的分子機制、改善相關血液疾病的治療策略提供新的見解。

圖4. PP2A-Smo軸對果蠅造血器官穩態的調控不完全依賴Ci。（A）PP2A缺失組中成熟血細胞的分布。GFP指示漿細胞，Peb指示晶細胞（B，C）外源野生型Ci和激活形式的Ci挽救組淋巴腺（D）淋巴腺中晶細胞統計圖。(E) PP2A調控成熟血細胞發育模式圖。

該研究由進化所博士研究生張芳、畢業博士羅網和畢業碩士劉素敏為并列一作共同完成，蘇穎教授和趙龍教授指導并參與了全程研究。研究受到了中央高校基本科研業務費專項項目，以及國家自然科學基金委、嶗山實驗室等項目資助。

此外，實驗室近期發表于 《 Journal of Molecular Cell Biology 》 的另一項研究成果同樣揭示蛋白磷酸酶PpV在果蠅血細胞發育過程中發揮重要作用（Luo et al. 2024）。但其功能與蛋白磷酸酶PP2A不同，PpV主要在成熟血細胞晶細胞中表達，PpV缺失會導致晶細胞脹大破裂，PpV通過正調控Notch信號維持晶細胞的穩態。這些研究通過探索蛋白磷酸酶調控果蠅血細胞發育和穩態的作用機制，進一步了解蛋白磷酸酶通過調控信號轉導從而影響相關血液疾病發生的分子機制，為相關疾病的臨床研究提供理論基礎。該研究共首作者為進化所畢業博士羅網和博士研究生張芳。

相關文章鏈接：

Fang Zhang#, Wang Luo#, Sumin Liu#, Long Zhao*, Ying Su*. (2024) Protein phosphatase 2A regulates blood cell proliferation and differentiation in Drosophila larval lymph glands. FEBS Journal. (http://doi.org/10.1111/febs.17247)

Wang Luo#, Fang Zhang#, Fangzhen Zhao, Yang Fang, Long Zhao*, Ying Su*. (2024) Dual role of PpV in Drosophila crystal cell proliferation and survival. Journal of Molecular Cell Biology. (https://doi.org/10.1093/jmcb/mjae028)

Wang Luo#, Sumin Liu#, Fang Zhang, Long Zhao*, Ying Su*. (2022) Metabolic strategy of macrophages under homeostasis or immune stress in Drosophila. Marine Life Science & Technology 4(3): 291-302. (https://doi.org/10.1007/s42995-022-00134-1)

Lan W, Liu S, Zhao L*, Su Y*. (2020) Regulation of Drosophila hematopoiesis in lymph gland: from a developmental signaling point of view. International Journal of Molecular Sciences 21: 5246. (https://doi.org/10.3390/ijms21155246)