UCH-L1 调节与眼睛分化相关的基因，并在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中调控 EGFR 信号通路

《Fly》：UCH-L1 regulates eye differentiation-related genes and modulates EGFR signalling in Drosophila melanogaster

果蝇模型显示，UCH-L1同源蛋白dUCH通过调控EGFR信号通路和关键转录因子（如Spitz、Draf、Pros、Lz、BarH1/2）影响眼表型发育，敲低dUCH导致EGFR蛋白水平下降、MAPK通路活性降低及光感受器细胞分化异常。

　　UCH-L1（泛素羧基末端水解酶L1）是一种在细胞内起关键作用的蛋白质，尤其在泛素-蛋白酶体系统（UPS）中扮演重要角色。此前的研究已经表明，UCH-L1与多种疾病密切相关，包括神经退行性疾病、糖尿病和癌症等。然而，其在发育过程中的功能仍不明确。为了探索UCH-L1在活体中的作用，研究人员利用果蝇（*Drosophila melanogaster*）作为模型系统，通过GAL4/UAS靶向表达系统研究dUCH（果蝇UCH-L1同源蛋白）对果蝇眼发育的影响。这一研究不仅揭示了dUCH在果蝇眼发育中的重要作用，还进一步阐明了其与人类UCH-L1在功能上的潜在相似性。

果蝇的眼发育是一个高度有序的过程，涉及多个信号通路的协同作用。果蝇的眼由大约700至800个单位眼（ommatidia）组成，每个单位眼包含八种光感受器细胞（R1至R8）、四种锥细胞（cone cells）、十二种色素细胞（pigment cells）以及其他支持细胞。光感受器细胞根据其位置、形态和功能被分为外光感受器细胞（R1至R6）和内光感受器细胞（R7和R8）。外光感受器细胞负责运动感知和低光条件下的视觉功能，而内光感受器细胞则主要参与颜色识别。眼发育始于眼盘（eye imaginal disc）的后缘，即形态发生沟（morphogenetic furrow），并向前推进。R8细胞首先分化，随后是R3/R4细胞的特化，这一过程被称为预簇（precluster）。之后，剩余细胞经历第二次有丝分裂波，继续分化为R1/R6、R7、锥细胞、色素细胞等不同类型。

在这一过程中，多种信号通路发挥着调控作用，其中EGFR（上皮生长因子受体）信号通路尤为重要。EGFR通过其配体Spitz（spi）等上游因子激活，并通过Ras – Raf – MAPK等下游信号级联调控光感受器细胞的分化。本研究通过观察dUCH敲除对果蝇眼发育的影响，发现dUCH的缺失会导致光感受器细胞分化异常，进而影响整个眼的结构完整性，表现为粗糙眼表型（rough eye phenotype）。此外，研究还发现dUCH的缺失会降低EGFR蛋白水平，同时影响其下游成分Draf（果蝇Raf同源蛋白）的表达，进一步影响MAPK信号通路的正常功能。

为了更深入地理解dUCH在眼发育中的作用，研究团队采用了一系列实验方法，包括免疫染色、扫描电子显微镜（SEM）和定量PCR（qPCR）。免疫染色结果显示，在dUCH敲除的果蝇中，EGFR蛋白水平显著下降，但其mRNA水平未受影响。这表明dUCH可能通过调控EGFR的稳定性或降解过程影响其表达水平。SEM图像进一步确认了dUCH缺失导致的表型变化，观察到眼结构出现不规则的形态特征。qPCR分析则揭示了dUCH缺失对多种与光感受器细胞分化相关的基因表达的影响，包括Spitz（EGFR配体）、Rhomboid（Rho1）、Draf（MAPK关键因子）以及感光细胞特异性转录因子如sens（senseless）、salm（spalt major）、barh1/2（BarH1/2）和lz（lozenge）等。这些基因的表达变化表明，dUCH在调控不同类型的光感受器细胞分化中具有重要作用。

研究还发现，dUCH的缺失不仅影响EGFR信号通路，还对其他信号通路如Notch信号通路产生影响。这一发现提示，dUCH可能通过多种机制参与眼发育的调控。例如，dUCH可能通过调控泛素化过程影响关键蛋白的稳定性，从而间接调控信号通路的活性。此外，研究还表明，dUCH在不同驱动基因（如GMR-Gal4和Rh1-Gal4）的背景下，其影响具有空间特异性。当使用Rh1-Gal4驱动dUCH的缺失时，果蝇眼仅表现出色素丧失，而未出现粗糙表型，这说明dUCH在不同细胞类型中的功能可能有所差异。相比之下，使用GMR-Gal4驱动的dUCH缺失则同时影响了色素合成和眼结构的形成，导致明显的粗糙眼表型。这一结果支持了dUCH在多种发育过程中的关键作用，特别是在维持眼细胞的结构和功能完整性方面。

进一步的分析表明，dUCH的缺失不仅影响EGFR信号通路的活性，还通过影响下游信号成分如Draf的表达，导致光感受器细胞分化受阻。Draf是MAPK信号通路中的关键激酶，其活性下降可能削弱EGFR信号的传递，从而干扰光感受器细胞的特化过程。此外，研究还发现，dUCH的缺失会导致某些关键转录因子的表达水平下降，如sens、salm、barh1/2和lz，这些因子在不同类型的光感受器细胞分化中起着至关重要的作用。例如，sens在R2/R5细胞的分化中被Rough（ro）直接抑制，而ro的表达在dUCH缺失时反而上升，这可能与sens表达的下调形成了一种反馈调节机制。同样，salm在R3/R4细胞的发育中具有重要作用，而barh1/2则参与R1/R6细胞的分化。这些结果表明，dUCH在维持光感受器细胞特异性分化中具有不可或缺的作用。

值得注意的是，尽管dUCH的缺失导致EGFR蛋白水平下降，但Rhomboid（rho1）的mRNA表达却有所上升。这一现象可能与EGFR信号通路中的反馈调节机制有关。在正常情况下，EGFR的激活会通过转录反馈抑制rho1的表达，以确保信号通路的时空精确调控。然而，当dUCH缺失导致EGFR蛋白的稳定性受损时，这种反馈机制可能被打破，从而促使rho1的表达上调。此外，rho1的表达还受到其他信号通路的调控，如MAPK通路中的Pointed（Pnt）等因子。因此，dUCH的缺失可能通过影响rho1的表达间接影响EGFR信号的活性，进而干扰眼发育的进程。

本研究的结果还表明，dUCH的缺失对R7细胞的分化具有特别重要的影响。R7细胞是内光感受器细胞之一，其分化依赖于多种关键基因的表达，包括BarH1/2、Prospero（pros）、Lozenge（lz）和Sevenless（sev）。这些基因的表达水平在dUCH缺失时均出现下降，提示dUCH可能在R7细胞的发育中发挥核心作用。相比之下，R8细胞的分化所需的基因如Atonal（ato）和Bride of Sevenless（boss）则不受dUCH缺失的影响，这与之前的研究结果一致，即EGFR信号通路在R8细胞的分化中并不起关键作用。

这些发现不仅加深了我们对dUCH在果蝇眼发育中的功能理解，也为研究UCH-L1在人类中的作用提供了重要的模型支持。由于UCH-L1在人类中与神经退行性疾病、糖尿病和癌症等多种疾病相关，本研究通过果蝇模型揭示了其在发育过程中的潜在作用，为相关疾病的治疗策略提供了新的思路。此外，研究还强调了泛素-蛋白酶体系统在调控信号通路和细胞分化中的核心地位，特别是在维持蛋白稳定性和信号传递方面的作用。

总的来说，本研究通过系统性的实验设计，揭示了dUCH在果蝇眼发育中的关键作用。dUCH不仅影响EGFR信号通路的活性，还通过调控多种关键基因的表达，影响不同类型的光感受器细胞的分化。这些结果为理解UCH-L1在人类中的功能提供了重要的理论基础，并进一步强调了泛素-蛋白酶体系统在发育过程中的重要性。未来的研究可以进一步探索dUCH在其他组织和器官中的作用，以及其在疾病发生发展中的具体机制。