先锋转录因子Zelda调控果蝇再生退出与模式重建的分子机制

本研究揭示了果蝇翅成虫盘中先锋转录因子Zelda（Zld）通过调控染色质可及性和靶基因表达，协调再生向正常发育的时序转换。研究人员通过光遗传学抑制、CUT&RUN等技术发现Zld在再生中晚期特异性激活wingless（wg）、cut（ct）等发育基因，维持后区命运并防止表皮起泡。该发现为理解再生终止的主动调控机制提供了新范式。

　　

在自然界中，蝾螈可以再生断肢，而哺乳动物的再生能力却极其有限。这种差异背后的分子机制一直是再生医学领域的核心问题。果蝇作为经典模式生物，其翅成虫盘具有强大的再生能力，成为研究器官再生的理想模型。既往研究多聚焦再生启动机制，但对于组织如何退出再生状态、重建正常发育模式的调控知之甚少。这个"再生终止"的生物学过程，恰似一场精密编排的交响乐收尾，需要准确关闭损伤响应信号并重启发育程序。

针对这一科学盲区，国外研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究成果揭示了先锋转录因子Zelda（Zld）作为"再生终止指挥家"的关键作用。研究人员采用多学科交叉手段，包括温度敏感型组织损伤系统诱导时空可控的再生、光遗传学工具CRY2::Zld实现蛋白质功能动态调控、CUT&RUN技术绘制全基因组结合图谱，并结合ATAC-seq分析染色质动态变化。实验样本来源于果蝇第三龄幼虫翅成虫盘，通过rnGAL4/Gal80^ts
系统在翅原基区域特异性表达凋亡基因reaper（rpr）诱导损伤。

研究首先建立了再生过程中模式重建的时序特征。通过监测cut（ct）、Delta（Dl）、wingless（wg）等标志物的表达动态，发现损伤后24小时（R24）细胞命运标记完全消失，至72小时（R72）逐步恢复。值得注意的是，Zld蛋白在再生中期（R48）显著上调，而在正常发育中敲除Zld不影响翅形态，提示其功能具有再生特异性。

光遗传学失活实验揭示了Zld的多重调控功能。通过蓝光激活CRY2::Zld二聚化，研究者发现Zld缺失导致成虫翅出现系列缺陷：L2/L5翅脉缺失、后缘感觉刚毛异位、表皮起泡等。这些表型与Zld调控的靶基因直接相关：在再生中期，Zld结合位点从正常组织的1368个激增至3732个，且主要富集在启动子区（50%），显著不同于胚胎期以CAGGTAG为主的结合特征。

在分子机制层面，研究取得三项重要发现：

1. 时序调控方面，Zld确保wg表达从再生模式向正常D/V边界和铰链环模式的准时转换。Zld缺失导致wg在R48仍维持全囊异位表达，而过度表达Zld则抑制再生生长。
2. 区室特性维持上，Zld通过激活taranis（tara）和osa表达来防止engrailed（en）沉默，避免后区向前区（P-to-A）的命运转化。tara过表达可挽救Zld缺失导致的en沉默现象。
3. 结构完整性调控中，Zld直接上调βPS整合素myospheroid（mys）和αPS1整合素multiple edamatous wings（mew）表达，防止成虫翅表皮层间粘附失效导致的起泡。

深入机制分析显示，Zld与GAGA因子（GAF）和Fork head（Fkh）协同作用。PLA实验证实Zld与GAF在再生组织中空间邻近，且Zld结合位点富含GAF和Fkh的识别序列。ATAC-seq数据显示，Zld靶向区域（如ct启动子）在再生中期呈现核小体重排和可及性增加，这种染色质重塑可能为发育基因重新激活创造条件。

这项研究革新了对再生终止机制的认识：首先，提出再生退出是Zld等先锋因子主动调控的过程，而非单纯损伤信号衰减的被动结果；其次，揭示再生与发育采用不同的调控"工具箱"，如Zld在再生中采用非经典结合位点；最后，为理解整合素等结构蛋白在再生中的时序表达提供了新视角。这些发现不仅对解析节肢动物再生机制具有理论意义，其揭示的先锋因子介导的表观遗传重编程机制，也为哺乳动物再生医学研究提供了潜在干预靶点。

值得注意的是，与胚胎发育不同，再生中的Zld更倾向于与组织特异性因子（如Fkh）协作而非单独行使功能。这种"环境依赖"的工作模式提示，未来通过操控先锋因子网络来改善再生结局可能需考虑组织微环境的特异性。该研究为探索再生能力与发育阶段的解耦机制开辟了新途径，对理解人类器官再生受限的原因具有启示意义。