进化上高度保守的Wnt/Wingless信号通路在动物的器官发育、能量代谢和干细胞维持等过程中发挥重要作用，并与多种疾病的发生有密切联系。然而，迄今为止，人们对于该通路的信号转导机制还缺少充分的认识。为了探明其中未知的调控机制，中科院上海生命科学研究院营养科学研究所宋海云研究组与瑞士苏黎世大学Basler研究组通过联合研究，利用转基因果蝇库进行遗传学筛选，从中发现了Wnt/Wingless信号通路的新调节因子并揭示了其中的调控机理。该研究成果Systematic screening of a Drosophila ORF library in vivo uncovers Wnt/Wg pathway components近日在线发表于国际学术期刊Developmental Cell。
果蝇由于其丰富的遗传操纵手段和短暂的生命周期，经常被用作筛选新基因的体内模型。然而，目前流行的RNAi筛选常会遇上以下困难：不能发现功能冗余基因；敲低基因功能的效率不一；脱靶（off-target）影响其它基因功能。针对这些问题，Basler研究组挑选了与细胞生长相关的基因，逐一克隆和制备转基因过表达果蝇，并用于筛选Wnt/Wingless信号通路中新的调控基因。
在初步筛选的基础上，宋海云研究组对发现的候选基因进行了验证，确定了三个新调节因子。博士生黄大舜和尹定子对其中一个调节因子Nek2的调控机理进行了深入研究，发现Nek2通过磷酸化修饰关键蛋白Dishevelled影响信号的传递。有趣的是，Nek2对Dishevelled的磷酸化有双重作用：对其N端的修饰能增强Dishevelled活性和促进信号传递；在信号强度超过一定阈值后通过对其C端的多重磷酸化介导Dishevelled的降解和抑制信号通路的过度激活。通过这种双重调控，既能在信号通路开启时快速传递信号，又能防止信号通路不适当地持续激活，从而保证Wingless信号通路对下游基因表达的精细调控。最后，黄大舜还找到了与Nek2有冗余功能的基因dco，在同时降低Nek2和dco的功能时，会严重阻碍Wingless信号通路下游基因的表达和果蝇的器官发育。
这些研究得到了中国科学院、国家自然科学基金和科技部重大研究计划的资助。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1016/j.devcel.2013.02.019
PMC:
PMID:
Systematic Screening of a Drosophila ORF Library In Vivo Uncovers Wnt/Wg Pathway Components
Claus Schertel1, 7, Dashun Huang2, 5, 7, Mikael Björklund3, 4, Johannes Bischof1, Dingzi Yin5, Rongxia Li5, Yi Wu5, Rong Zeng5, Jiarui Wu2, 5, Jussi Taipale4, 6, Haiyun Song5, , , Konrad Basler1, ,
We created a site-directed UAS-ORF library of 655 growth-regulating genes in Drosophila. This library represents a large collection of genes regulating cell cycle, cell size, and proliferation and will be a valuable resource for studying growth regulation in vivo. By using misexpression of genes, we prevent problems arising from genetic redundancy and can uncover novel gene functions. To validate the usefulness of this library, we screened for Wingless (Wg) pathway components. We used a combination of experimental and bioinformatic approaches to predict candidates and identified three serine/threonine kinases as regulators of Wg signaling. We show that one of these, Nek2, optimizes pathway response by direct phosphorylation of Dishevelled. In addition, we describe functional relations for roughly 5% of all Drosophila genes and identify a large number of genes that regulate cell size, proliferation, and final organ size upon misexpression.
