Gαq通过钙信号-Dilp8轴调控果蝇器官尺寸与发育时序的机制研究

《Cell Communication and Signaling》：Gαq controls organ size and developmental timing in Drosophila

本研究针对Gαq信号下游机制不清这一药物靶点开发的瓶颈问题，系统探讨了Gαq信号在果蝇翅盘上皮模型中对器官尺寸和发育时序的调控作用。研究发现Gαq过表达通过IP3R依赖性钙信号通路诱导Dilp8分泌，进而延迟发育进程并减小翅膀尺寸，同时发现JAK/STAT信号通路上调及细胞骨架重构等现象，为理解Gαq相关人类疾病提供了重要机制依据。

　　

在发育生物学领域，器官如何精确控制最终尺寸和形态始终是一个核心科学问题。这一过程涉及组织内信号和全身激素调节的复杂互作，其中G蛋白偶联受体(GPCR)作为细胞表面重要受体，通过G蛋白α亚基(Gα)转导胞外信号。Gαq作为Gα蛋白家族关键成员，其功能亢进突变与斯特奇-韦伯综合征和葡萄膜黑色素瘤等疾病密切相关，然而其下游信号机制仍不明确，成为靶向药物开发的瓶颈。

为揭示Gαq信号调控器官发育的机制，研究人员利用黑腹果蝇翅盘模型展开研究。果蝇翅盘作为经典上皮系统，具有遗传操作便捷、信号通路保守等优势，特别适合研究钙信号(Ca²⁺)等关键发育调控机制。研究发现Gαq表达失衡均会导致翅膀尺寸减小，过表达诱导周期性钙波活动，而敲低则抑制该活动，表明Gαq稳态对器官正常发育至关重要。

研究采用多种关键技术方法：利用Gal4-UAS系统实现组织特异性基因调控；通过免疫组化检测磷酸化组蛋白H3(PH3)和死亡 caspase-1(Dcp-1)评估细胞增殖与凋亡；采用活体钙成像记录Gαq诱导的钙波；进行RNA测序分析转录组变化；通过发育时序实验统计化蛹时间；使用抗体染色验证Dilp8表达和磷酸化肌球蛋白II(pMyoII)定位。所有实验均使用果蝇翅盘作为研究材料。

Gαq稳态促进最佳器官尺寸调控

研究发现Gαq过表达使成虫翅膀面积减少约30%，而敲低导致翅膀扩张不完全。钙成像证实Gαq过表达诱导自发性胞间钙波，表明Gαq水平平衡对正常器官发育至关重要。

Gαq表达扰动诱导发育延迟

Gαq过表达和敲低均显著延迟幼虫化蛹时间，IP₃受体(IP₃R)抑制可挽救Gαq过表达引起的延迟，证明Gαq通过IP₃R依赖性钙信号调控发育时序。

Gαq过表达降低增殖和凋亡

尽管转录组数据显示DNA复制相关基因上调，但PH3染色显示Gαq扰动导致全局性增殖减少。Dcp-1检测发现Gαq过表达显著降低凋亡水平，提示细胞死亡程序受阻。

转录组分析揭示应激与信号通路紊乱

RNA-seq发现Gαq过表达特异性上调JAK/STAT通路配体Upd1/Upd3，同时Toll/NF-κB通路也被激活。热休克蛋白Hsp70上调和丝氨酸蛋白酶抑制剂(Serpin)下调表明细胞应激反应增强。

Gαq通过Dilp8介导发育延迟

转录组和免疫染色均证实Gαq过表达显著上调Dilp8表达。功能实验表明Dilp8敲低可挽救Gαq引起的发育延迟，确立Dilp8作为Gαq信号下游关键效应因子。

Gαq信号影响细胞骨架

pMyoII染色显示Gαq过表达导致基底面肌球蛋白定位异常，表明细胞骨架和粘附连接重构。转录组数据也显示肌动蛋白组织相关基因表达改变。

本研究系统阐明了Gαq通过钙信号-Dilp8轴协调器官尺寸控制与发育时序的分子机制。Gαq信号失衡通过诱导Dilp8分泌实现组织-脑通讯，延迟蜕皮激素信号进而暂停发育进程。同时，Gαq扰动导致细胞增殖/凋亡失衡、JAK/STAT通路激活及细胞骨架重构，为理解Gαq相关疾病提供了新的视角。该研究不仅揭示了GPCR信号在发育协调中的核心作用，还为相关疾病治疗策略开发提供了理论基础。