解救渐冻人 中国科学家发现新机理

　　

生物通报道：来自水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室的研究人员发现一个肌管素相关的磷酸酶Mtmr8与磷脂酰肌醇-3激酶PI3K合作调节斑马鱼的肌动蛋白纤维造型和肌肉发育。这对于研究肌萎缩侧索硬化症（ amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等疾病的致病机理具有重要意义。这一研究成果公布在在3月26日PLoS ONE Developmental Biology。

领导这一研究的是桂建芳教授，其现为淡水生态与生物技术国家重点实验室主任，国家科学技术部973计划"重要养殖鱼类品种改良的遗传和发育基础研究"项目首席科学家。文章主要由博士研究生梅洁等完成。

著名的物理学家斯蒂芬·霍金21岁被确诊患上“卢伽雷氏症”，这是一种肌萎缩性脊髓侧索硬化症，主要症状是运动神经坏死和肌肉萎缩。患有这种疾病的患者失去运动能力，就像被冰渐渐冻住一样，被称为“渐冻人”。这种疾病的致病机理至今未能搞清，这篇最新研究成果则解开了这个迷题。

在这项研究中，研究人员首先从斑马鱼中克隆鉴定出Mtmr8，发现Mtmr8在体节发生早期主要在眼部和体节部位表达；然后，他们用morpholino敲降策略来研究该基因的功能及其作用机制。结果发现，在Mtmr8敲降的胚胎中，肌节发生出现明显畸形，且Akt的磷酸化水平明显上升；进一步研究发现，虽然Mtmr8的PH/G结构域缺失对胚胎发育没有造成明显影响，但加入PI3K抑制剂LY294002后会造成明显的胚胎发育缺陷，表明PH/G结构域对于Mtmr8的功能是必需的。之后他们又对Mtmr8和PI3K在肌动蛋白纤维造型和肌肉发育中的作用进行了分析，发现Mtmr8 morpholino敲降会导致胚胎肌动蛋白细胞骨架的解体混乱，而且证实这些作用是通过影响Hedgehog通路引起的；细胞移植实验研究表明，Mtmr8以非细胞自主方式调节肌动蛋白造型。上述研究揭示出Mtmr8与PI3K协同作用调节斑马鱼肌动蛋白造型和肌肉发育，而且证实Hedgehog信号通路参与其中。

（生物通：万纹）

附：

桂建芳 男，1956年6月出生，博士，研究员，博士研究生导师。

1999年至2007年任水生所常务副所长、所长；现为淡水生态与生物技术国家重点实验室主任；中国水产学会副理事长，中国海洋湖沼学会副理事长，农业部第八届科学技术委员会委员，武汉市科学技术协会副主席，湖北省遗传学会和湖北省生物工程学会副理事长，中国鱼类学会理事，中国遗传学会理事；《水生生物学报》主编，《Cell Research》、《Pakistan Journal of Zoology》、《实验生物学报》、《遗传学报》、《遗传》、《动物学研究》、《海洋与湖沼》、《中国水产科学》编委；国家科学技术部973计划"重要养殖鱼类品种改良的遗传和发育基础研究"项目首席科学家；国家水产原良种审定委员会副主任。

曾在美国俄亥俄医学院和加州大学圣迭戈校区进行工作访问和博士后研究，主要研究RNA剪接与细胞周期调控的关系。现在主要从事与鱼类育种生物技术相关的遗传、细胞和发育生物学研究。已在《Nature》、《PNAS》、《Mol.Biol.Evol.》、《Dev.Biol.》、《J. Virol..》、《Dev. Comp. Immunol.》、《Gene》、《Aquaculture》、《J. Mol. Evol.》、《J.Fish Biol.》、《中国科学》和《科学通报》等国内外核心刊物上发表研究论文230多篇，其中SCI刊源论文90多篇，被SCI引用1000多次，在国内外作大会或特邀报告60多次，出版论著6部。已培养毕业博士41名，硕士7名，出站博后6位，毕业的博士中获中国科学院院长特别奖1名，优秀奖2名。作为主持人培育出水产新品种1个（异育银鲫“中科3号”），获湖北省自然科学奖一等奖1项（2003年），湖北省科技进步奖二等奖1项（2005年），中国科学院自然科学奖三等奖1项（1995年），国家“八五”科技攻关重大成果奖1项（1996年），作为第二完成人获湖北省自然科学奖二等奖1项（2004年），参与完成的成果获国家自然科学奖二等奖1项（1995年）；授权专利5项。1988获中国青年科技奖，1989年获中国科学院青年科学家奖二等奖，1990年获湖北省青年科技精英称号，1994年获国家杰出青年科学基金资助，1995年获中国科学院青年科学家奖一等奖， 1996年获香港求是科技基金会杰出青年学者奖，1997年入选国家百千万人才工程，1998年获中国科学院优秀研究生导师奖，1998年获中国科学院有突出贡献的中青年专家称号，2003年获中国科学院优秀研究生导师奖，2003年获湖北省“五一劳动奖章”， 2004年获湖北省“劳动模范”， 2004年获科技部国家重点实验室计划先进个人等荣誉称号。

主持的学科组已创建了进行鱼类雌核生殖和性反转分子机理研究体系，克隆鉴定出一批与鱼类性别决定及分化相关基因和内分泌调控相关基因；建立了研究鱼类抗病毒基因的细胞模型，鉴定出一批参与鱼类抗病毒和免疫反应的基因，尤其是干扰素系统基因。近期的主要研究方向为鱼类发育遗传学和遗传育种工程。研究工作主要集中两个方面，一是在鱼类生殖和免疫相关基因的鉴定和功能研究方面，试图揭示鱼类雌核发育和卵子发生的调控机理，阐述鱼类早期胚胎发育过程中基因的时空表达，鉴别鱼类抗病基因；二是在水产动物分子遗传标记的鉴定和应用方面，试图找到用于区分水产动物不同种群或不同品系的分子标记，并将其应用于生态遗传和遗传育种研究。此外，还致力于鱼类细胞工程技术研究，如细胞培养和基因组操作等。

原文摘要：

Cooperation of Mtmr8 with PI3K Regulates Actin Filament Modeling and Muscle Development in Zebrafish

Background
It has been shown that mutations in at least four myotubularin family genes (MTM1, MTMR1, 2 and 13) are causative for human neuromuscular disorders. However, the pathway and regulative mechanism remain unknown.

Methodology/Principal Findings
Here, we reported a new role for Mtmr8 in neuromuscular development of zebrafish. Firstly, we cloned and characterized zebrafish Mtmr8, and revealed the expression pattern predominantly in the eye field and somites during early somitogenesis. Using morpholino knockdown, then, we observed that loss-of-function of Mtmr8 led to defects in somitogenesis. Subsequently, the possible underlying mechanism and signal pathway were examined. We first checked the Akt phosphorylation, and observed an increase of Akt phosphorylation in the morphant embryos. Furthermore, we studied the PH/G domain function within Mtmr8. Although the PH/G domain deletion by itself did not result in embryonic defect, addition of PI3K inhibitor LY294002 did give a defective phenotype in the PH/G deletion morphants, indicating that the PH/G domain was essential for Mtmr8's function. Moreover, we investigated the cooperation of Mtmr8 with PI3K in actin filament modeling and muscle development, and found that both Mtmr8-MO1 and Mtmr8-MO2+LY294002 led to the disorganization of the actin cytoskeleton. In addition, we revealed a possible participation of Mtmr8 in the Hedgehog pathway, and cell transplantation experiments showed that Mtmr8 worked in a non-cell autonomous manner in actin modeling.

Conclusion/Significance
The above data indicate that a conserved functional cooperation of Mtmr8 with PI3K regulates actin filament modeling and muscle development in zebrafish, and reveal a possible participation of Mtmr8 in the Hedgehog pathway. Therefore, this work provides a new clue to study the physiological function of MTM family members.