快速磷酸化激酶通路驅動蟑螂斷肢再生機制獲揭示

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近日，華南師范大學生命科學學院教授李勝團隊利用具有較強附肢再生能力的美洲大蠊和斑馬魚為模型，研究揭示了ERK/CK-2激酶通路被快速的磷酸化修飾并激活，從而驅動基芽的形成以促進斷肢再生的保守性機制。相關成果發表于《科學進展》。

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快速磷酸化激活的ERK/CK-2通路驅動蟑螂斷肢再生。受訪者供圖

論文共同第一作者兼共同通訊作者、華南師范大學生命科學學院副研究員張小帥表示，動物界中，許多物種都具有不同程度的組織或器官的再生能力。例如，渦蟲和水螅類動物的整個身體都可以再生，斑馬魚、爪蟾和蠑螈具有較強的附肢再生能力，而多數陸生脊椎動物和哺乳動物的肢體受到損傷后僅僅形成瘢痕來修復受損組織。

研究顯示，在大多數具有較強再生能力的動物中，附肢再生通常涉及在損傷部位形成異質性細胞組成的基芽，但是高等哺乳動物缺少了基芽形成的過程。因此，如何快速的形成基芽成了斷肢再生的關鍵步驟。大多數研究中主要集中于損傷修復已經完成而基芽正在形成的時間點，這導致最早期的關鍵信號對于再生的作用被忽略。

最新研究中，李勝團隊圍繞美洲大蠊腿部再生的早期起始信號進行深入挖掘，發現美洲大蠊腿部受損后細胞外信號調節激酶（ERK）這一激酶被快速激活，并進一步驅動基芽形成和腿部再生。為進一步探究ERK起始斷肢再生的機制，他們通過Pull down質譜篩選和活體基因功能驗證等方法篩選到ERK下游潛在靶蛋白激酶CK-2，敲降該基因的表達可以完全阻斷美洲大蠊腿部的再生。并利用Co-IP和遺傳操作方法證明了CK-2是ERK的直接下游靶標，且p-ERK可以直接對CK-2進行磷酸化修飾。

接下來，研究人員在細胞水平發現CK-2和ERK蛋白在細胞內存在共定位，且主要在再生組織和細胞中高表達，ERK/CK-2磷酸化通路主要通過影響基芽形成過程來調控美洲大蠊肢體再生。通過進一步的RNA-Seq篩選，發現CK-2主要通過影響細胞有絲分裂基因如Thoc7、Disco-r、Dll和Zelda的表達來控制基芽細胞的增殖。同時，作者利用脊椎動物斑馬魚為模型，證明了ERK/CK-2激酶通路通過驅動基芽細胞的有絲分裂和增殖來控制尾鰭再生的機制保守性。

“ERK/CK-2激酶通路在進化上非常保守，這是首次被報道在促進動物肢體再生方面的重要功能。”論文共同通訊作者李勝表示，該研究發現的ERK/CK-2被快速磷酸化激活的機制為研究動物肢體再生的起始信號提供新的關鍵靶標，也為解答高等哺乳動物無法起始再生過程帶來新的見解，推動了動物肢體再生領域的向前發展。