Ppp4c正向调控BMP信号的作用机制示意图
5月15日，国际著名杂志Developmental Cell在线刊登了清华大学生命学院孟安明教授实验室与美国贝勒医学院冯新华实验室合作的研究发现“Protein Phosphatase 4 Cooperates with Smads to Promote BMP Signaling in Dorsoventral Patterning of Zebrafish Embryos，”，文章中，研究者揭示了蛋白磷酸酶Ppp4c促进BMP信号的转导，参与调控斑马鱼胚胎的背腹细胞命运分化。
在脊椎动物的胚胎发育中，BMP信号对于腹部组织的形成、表皮外胚层的诱导发挥关键作用，其异常可导致胚胎夭折或出现严重的缺陷。BMP信号分子在细胞膜上与受体结合后激活胞质中的Smad1/5/8蛋白，这些Smads蛋白进入细胞核、结合在靶基因的调控元件上，与其他转录因子共同调节靶基因的表达。例如，Smad1/5/8可以与染色质的修饰蛋白—组蛋白乙酰转移酶（HATs）以及组蛋白去乙酰化酶（HDACs）共同作用，调节下游靶基因的表达。Ppp4c是蛋白磷酸酶4(Protein phosphatase 4，Ppp4)的催化亚基，是高等真核生物中广泛存在的一种丝氨酸/苏氨酸磷酸酶。Ppp4的催化亚基Ppp4c可以与调节亚基R1或R2相互作用形成二聚体，并同时与其它的调节亚基选择性结合，作为一个复合体共同发挥作用。Ppp4c从非脊椎动物到脊椎动物都极度保守，它可以通过磷酸酶活性将其特异底物去磷酸化，进而在许多信号通路中发挥作用。Ppp4C是否参与BMP信号的转导，以前并不清楚。
本研究发现，在斑马鱼胚胎中抑制ppp4c基因的表达，胚胎腹部组织发育受到抑制，而背部组织扩增，因而其在胚胎背腹图式形成中是必不可少的。在分子机制上，Ppp4c与Smad1/5直接互作，被招募至BMP靶基因的增强子区域，与Smad1/5一起增强靶基因的转录。尽管Ppp4c是去磷酸酶，但它并不改变Smad1/5的磷酸化状态；当Ppp4c被Smad1/5带到靶基因启动子上后，它使启动子上结合的Hdac3去磷酸化，从而解除Hdac3对染色质的转录抑制作用（如图所示）。在胚胎中的互作实验室表明，下调Ppp4c的表达可以抑制过表达外源BMP信号所引起的腹部化效果，而下调Ppp4c的表达所导致的胚胎背部化效果也可以通过下调Hdac3的表达得以部分挽救。因此，Ppp4c是BMP信号的一个重要的正向调节因子，促进斑马鱼胚胎早期的腹部组织发育。
清华大学生命学院贾顺姬博士与美国贝勒医学院戴方彦博士为该论文的共同第一作者，清华大学生命学院孟安明教授与美国贝勒医学院冯新华教授为共同通讯作者，同时清华大学吴畏教授课题组参与了此项研究。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1016/j.devcel.2012.03.001
PMC:
PMID:
Protein Phosphatase 4 Cooperates with Smads to Promote BMP Signaling in Dorsoventral Patterning of Zebrafish Embryos
Shunji Jia, Fangyan Dai, Di Wu, Xia Lin, Cencan Xing, Yu Xue, Ying Wang, Mu Xiao, Wei Wu, Xin-Hua Feng, Anming Meng
BMP signals play pivotal roles in dorsoventral patterning of vertebrate embryos. The role of Ppp4c, the catalytic subunit of ubiquitous protein phosphatase 4, in vertebrate embryonic development and underlying mechanisms is poorly understood. Here, we demonstrate that knockdown of zebrafish ppp4cb and/or ppp4ca inhibits ventral development in embryos and also blocks ventralizing activity of ectopic Smad5. Biochemical analyses reveal that Ppp4c is a direct binding partner and transcriptional coactivator of Smad1/Smad5. In response to BMP, Ppp4c is recruited to the Smad1-occupied promoter, and its phosphatase activity is essential in inhibiting HDAC3 activity and, consequently, potentiating transcriptional activation. Consistently, genetic or chemical interference of Hdac3 expression or activity compromises the dorsalizing phenotype induced by ppp4cb knockdown. We conclude that Ppp4c is a critical positive regulator of BMP/Smad signaling during embryonic dorsoventral pattern formation in zebrafish.
