快速磷酸化激酶通路驱动蟑螂断肢再生机制获揭示

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近日，华南师范大学生命科学学院教授李胜团队利用具有较强附肢再生能力的美洲大蠊和斑马鱼为模型，研究揭示了ERK/CK-2激酶通路被快速的磷酸化修饰并激活，从而驱动基芽的形成以促进断肢再生的保守性机制。相关成果发表于《科学进展》。

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快速磷酸化激活的ERK/CK-2通路驱动蟑螂断肢再生。受访者供图

论文共同第一作者兼共同通讯作者、华南师范大学生命科学学院副研究员张小帅表示，动物界中，许多物种都具有不同程度的组织或器官的再生能力。例如，涡虫和水螅类动物的整个身体都可以再生，斑马鱼、爪蟾和蝾螈具有较强的附肢再生能力，而多数陆生脊椎动物和哺乳动物的肢体受到损伤后仅仅形成瘢痕来修复受损组织。

研究显示，在大多数具有较强再生能力的动物中，附肢再生通常涉及在损伤部位形成异质性细胞组成的基芽，但是高等哺乳动物缺少了基芽形成的过程。因此，如何快速的形成基芽成了断肢再生的关键步骤。大多数研究中主要集中于损伤修复已经完成而基芽正在形成的时间点，这导致最早期的关键信号对于再生的作用被忽略。

最新研究中，李胜团队围绕美洲大蠊腿部再生的早期起始信号进行深入挖掘，发现美洲大蠊腿部受损后细胞外信号调节激酶（ERK）这一激酶被快速激活，并进一步驱动基芽形成和腿部再生。为进一步探究ERK起始断肢再生的机制，他们通过Pull down质谱筛选和活体基因功能验证等方法筛选到ERK下游潜在靶蛋白激酶CK-2，敲降该基因的表达可以完全阻断美洲大蠊腿部的再生。并利用Co-IP和遗传操作方法证明了CK-2是ERK的直接下游靶标，且p-ERK可以直接对CK-2进行磷酸化修饰。

接下来，研究人员在细胞水平发现CK-2和ERK蛋白在细胞内存在共定位，且主要在再生组织和细胞中高表达，ERK/CK-2磷酸化通路主要通过影响基芽形成过程来调控美洲大蠊肢体再生。通过进一步的RNA-Seq筛选，发现CK-2主要通过影响细胞有丝分裂基因如Thoc7、Disco-r、Dll和Zelda的表达来控制基芽细胞的增殖。同时，作者利用脊椎动物斑马鱼为模型，证明了ERK/CK-2激酶通路通过驱动基芽细胞的有丝分裂和增殖来控制尾鳍再生的机制保守性。

“ERK/CK-2激酶通路在进化上非常保守，这是首次被报道在促进动物肢体再生方面的重要功能。”论文共同通讯作者李胜表示，该研究发现的ERK/CK-2被快速磷酸化激活的机制为研究动物肢体再生的起始信号提供新的关键靶标，也为解答高等哺乳动物无法起始再生过程带来新的见解，推动了动物肢体再生领域的向前发展。