四两拨千斤：骆利群团队首次实验验证，转录因

作者：杨超月

　　细胞核内的转录因子是决定细胞命运、形态、和生理功能的中心指挥者，而在细胞膜表面的蛋白则通过与细胞环境的相互作用来执行这些指令。“转录因子→细胞表面蛋白→生理功能”的框架被认为存在于一切涉及细胞与环境交流的生物学过程中。例如在发育的神经元中，科学家们常常假设转录因子通过调节细胞表面蛋白的表达，来控制神经元之间精准连接，形成特定的神经环路。

　　2022年5月24日，来自美国斯坦福大学与霍华德休斯医学研究所的知名学者骆利群教授，带领团队在Neuron期刊上发表研究论文，用一个定义谱系的转录因子Acj6为例子，展示了转录因子如何“四两拨千斤”，通过调节不同组合的表面蛋白的表达，控制不同神经元类型的精准连接。骆利群实验室的博士生谢琦婧和李介夫博士为本文的共同第一作者。

　　早在2003年，骆利群教授团队发现转录因子Acj6特异性表达在果蝇嗅觉系统投射神经元（projection neuron，PN）的一个谱系（lineage）中，并控制这些神经元特异性的树突靶向。不过，当时由于缺少直接测量特定细胞群体表面蛋白表达的方法，无法进一步知道Acj6以及其他转录因子如何通过细胞表面的蛋白质控制神经连接的特异性。

　　直到2020年，骆利群教授、本文的共同第一作者李介夫博士与合作者发展了一种高时空分辨率的蛋白组学技术，在方法上实现了突破。这种技术使得研究人员可以直接在完整果蝇大脑内对指定细胞类型的表面蛋白组进行高精度的生物素标记、富集和分析，也为系统地研究转录因子如何在多细胞生物的完整组织中塑造细胞表面蛋白质组提供了可能。

　　在此次新研究中，研究人员运用这种蛋白组学技术，首先找到了转录因子Acj6调节哪些细胞表面蛋白来执行它的命令。他们分别在野生态和acj6功能丧失突变体中，对投射神经元进行了表面蛋白组的定量分析，然后基于蛋白组学的数据进行体内筛选，由此揭示了许多执行Acj6连接指示的分子。

　　这些表面蛋白有一些正如作者的猜测，属于细胞粘附分子，但还有一些则令人意外。比如，机械敏感离子通道Piezo。这种蛋白传统上被认为只介导神经元功能，但他们发现，失去机械敏感离子通道活性的Piezo突变体可以与野生型Piezo一样精准调控PN树突靶向。“这个结果首次展示了Piezo独立于机械感觉离子通道的功能。”作者指出。

　　▲在PN中敲除Piezo导致树突错误的靶向（白色箭头）（图片来源：参考资料[3]）

　　接下来，为了建立转录因子Acj6与其调控的表面蛋白在树突靶向中的功能性联系，研究人员在表达Acj6的投射神经元中特异性地敲除了acj6，同时又在这些神经元中特异性地表达了Acj6促进表达的表面蛋白。

　　实验结果表明，在不同神经元类型中，Acj6通过调控不同组合的表面蛋白表达来指定这类神经元特异的靶向。

　　“在不同神经元中，一个转录因子是通过调节相同、还是不同的细胞表面蛋白以指定它们的特异连接，这个问题过去并不清楚。”研究人员指出，“发育神经生物学长期存在一种假设，认为神经连接的特异性可能是由表面蛋白组合编码（combinatorial code）控制，现在我们首次为这一假设提供了实验证据，展示了表面蛋白间的遗传相互作用模式（加法、减法和协同）。”

　　▲Acj6在不同神经元类型中通过调控不同表面蛋白（cell-surface executor）的表达来控制神经连接特异性（图片来源：参考资料[3]）

　　正如科学家们在论文中提及的那样，这篇文章为未来研究转录因子功能与机理提出了一个新的策略和方法的原型。

　　李介夫博士现任霍华德休斯医学研究所珍尼亚研究园区（HHMI Janelia）研究组组长，实验室结合分子工具开发、高分辨率成像等技术手段研究神经系统、免疫系统及二者互作中的细胞表面信号，欢迎化学生物学、细胞生物学、免疫、神经等方向的博士后加入。

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　　参考文献

　　1.Komiyama, T., et al. (2003). From lineage to wiring specificity: POU domain transcription factors control precise connections of Drosophila olfactory projection neurons. Cell, 112(2):157-67.

　　2.Li, J., et al. (2020). Cell-surface proteomic profiling in the fly brain uncovers wiring regulators. Cell, 180(2):373-386.

　　3.Qijing Xie et al., (2022) Transcription factor Acj6 controls dendrite targeting via a combinatorial cell-surface code. Neuron 10.1016/j.neuron.2022.04.026