《自然》:解开反馈循环之谜

生物通报道：纽约大学医学院研究人员发现调节卵巢发育过程的feedback loop中的信号机制，研究结果发表于8月27日电子版NATURE杂志。此项研究结果揭示了卵巢控制原生殖细胞（primordial germ cells ，PGCs）的机制（PGCs是一类重要细胞，一些PGCs发育为具有无限再生能力的生殖干细胞，一些PGCs会分化为卵）。

　　

生物通报道：“How are you?” 生物学术语是指：引导肌体进行自身检查然后根据检查的信息做出反应的一种反馈循环（feedback loop）。肝脏等器官通过feedback loop检测自身受损情况，确保自身生长和发育正常，是否需要自我更新。一旦feedback loop异常，癌症或者其它疾病就会滋生。尽管feedback loop在生物学中是重要的常见的现象， 但是至今也不清楚它的发生机制。

 

纽约大学医学院研究人员发现调节卵巢发育过程的feedback loop中的信号机制，研究结果发表于8月27日电子版NATURE杂志。此项研究结果揭示了卵巢控制原生殖细胞（primordial germ cells ，PGCs）的机制（PGCs是一类重要细胞，一些PGCs发育为具有无限再生能力的生殖干细胞，一些PGCs会分化为卵）。

 

信号——传感器——反馈

 

果蝇在10天内完成胚胎——幼虫——勇——成虫的变化。幼虫期果蝇卵巢生长速度显著，三天内PGCs从12细胞分裂到100细胞，因此研究人员对此期的果蝇进行了观察。

 

实验初期，研究人员研究有缺陷的幼虫果蝇（这些缺陷都能使果蝇生殖细胞剧烈下降的），结果发现，卵巢通过一种途径“感受”到生殖细胞数量的下降，并且能够立刻做出反应。在不到3天的时间内，产生足够量的生殖细胞进行弥补。Gilboa博士说：“我没有任何线索显示这些弥补是怎样完成的，所以决定去研究卵巢的这种机制。”

 

因为目前还没有能够用于观察整个过程的试验手段，Gilboa需要研究许多基因、许多条件、寻找各种条件下的标记以便于在显微镜下观察每一步反应。若干年的研究中，她发明了一套成熟的技术和探索“黑洞”（a black hole）的方法（黑洞是指胚胎生殖干细胞（embryonic ovary）到成体的转化过程）。

 

一分付出，一分收获。纽约大学医学院研究人员Gilboa发现feedback loop中两种通过信号传递相互作用的细胞，一个是原生殖细胞（primordial germ cells，PGCs），一个是卵巢中围绕在PGCs周围的名为intermingled 细胞。

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intermingled 细胞表面布满了表皮生长因子（epidermal growth factor ，EGF）受体，作为信号分子停靠的“港口”。Gilboa博士发现，原生殖细胞产生叫做Spitz的蛋白，这种蛋白从原生殖细胞被弹出后会结合在intermingled 细胞表面EGF受体上，激活intermingled 细胞并维持intermingled 细胞的活性。

 

Spitz蛋白如同操纵盘，一旦与EGF受体结合后，intermingled 细胞会向原生殖细胞发出一种抑制原生殖细胞生长的信号。intermingled 细胞中EGF信号途径活性上升，导致原生殖细胞数量下降。“假如只有很少量的Spitz蛋白表达，intermingled 细胞数量下降，原生殖细胞数量上升。”

 

这种feedback loop的功能如同一种感受器，保证幼虫发育期末期的卵巢中有足够数量的原生殖细胞。EGF信号途径的水平用于控制所需生殖细胞维持在恰当的数量。

 

研究人员对PGCs和体细胞之间相互作用有了更深一步的了解。研究合作者之一Lehmann 说：“Gilboa博士的研究清楚地显示了一种反馈机制，解释了为何PGCs发出信号到达体细胞维持体细胞的存活，为何体细胞反馈给生殖细胞信号，维持生殖细胞的数量。”

 

实验过程：研究人员利用一种叫做Gal4/UAS的系统，过表达有研究潜力的基因。他们将研究重点放在卵巢中原生殖细胞和体细胞上，Gilboa 说：体细胞和原生殖细胞在发育过程中相互作用，当器官生长的时候相互控制。例如人类卵巢，每个月会有一枚滤泡成熟，如果没有卵巢中的体细胞，卵子本身不能成熟，卵子的发育需要周围的环境。

 

Ehmann说每个有机体中，不论是卵子还是精子都不能发育，除非将它们植入体细胞组成的基质中。体细胞和生殖细胞之间的相互作用在生殖细胞的发育过程中占有中心地位。(生物通记者 子元)