机械张力蛋白Jub调控果蝇肠道干细胞增殖与分化的机制研究

The mechanism of mechanical force regulates stem cell proliferation and differentiation is a hot field for scientists. Our screening results at pupal stage in Drosophila intestine showed that the mechanical tension sensing protein Jub was involved in stem cell proliferation and differentiation. Our results suggest that Jub is recruited to the intestinal cell membrane and function there. Therefore, we will study cytoskeleton related proteins to find out how Jub sensing mechanical tension. .In the wing disc of Drosophila, Jub senses mechanical tension and regulates Hippo signaling pathway, as Hippo signaling pathway plays an important role in the proliferation and differentiation of stem cells in Drosophila intestinal stem cells. Therefore, we will focus on the molecular mechanism of Jub's participation in Hippo signaling pathway to regulate the proliferation and differentiation of intestinal stem cells. Further more, we developed an in vivo imaging technology at pupal stage and a high-throughput screening system for genes affecting stem cell proliferation and differentiation, which will help us to establish and improve the function system of Jub. This is the first study of the mechanism of mechanical tension in Drosophila intestinal stem cells proliferation and differentiation, which will provide new theoretical guidance for tissue regeneration, slow down the ageing process and tumor treatment.

机械力在干细胞增殖与分化中的作用是当前研究的热点问题。我们在果蝇蛹期肠道筛选的结果表明，机械张力蛋白Jub与干细胞的增殖与分化相关。申请人前期结果显示，Jub被招募到肠道干细胞细胞膜上发挥作用，我们将对细胞骨架相关蛋白进行研究，寻找Jub感受机械张力的方式。果蝇成虫盘中，Jub通过感受机械张力调控Hippo信号通路，而Hippo信号通路在果蝇肠道中干细胞的增殖与分化中发挥重要作用。因此，我们将重点研究Jub参与Hippo信号通路调节肠道干细胞增殖与分化的分子机制。此外，我们开发了蛹期活体成像技术及高通量筛选影响干细胞增殖与分化基因的体系，用于解析和完善Jub的作用网络。本申请首次在果蝇肠道中研究机械张力在干细胞增殖与分化中的作用机制，将为干细胞在组织器官再生、延缓衰老，肿瘤治疗等方面提供新的理论依据。

成体干细胞存在于几乎所有的成体组织器官中。干细胞最重要的功能是保持组织稳态：当衰老的细胞死亡以及机体受到损伤和感染时，干细胞可以在恰当的时间、位置补充正确的子代细胞，维持组织的功能，使组织处于动态的细胞平衡中。干细胞的维持与分化的研究具有重要的意义，机械力在干细胞维持与分化过程中如何发挥作用呢？我们敲低机械力基因Jub后果蝇肠道中内分泌细胞的数目没有减少，干细胞数目增多。针对Hippo信号通路的研究表明其没有在蛹期调控干细胞增殖。通过对清华8000多株RNAi果蝇品系筛选。筛选到影响干细胞比例增加及减少的品系一百多株。分析发现，细胞骨架蛋白Dlg，Lgl，Scibble，等对干细胞的增殖均有影响，其缺失后干细胞增多。因此，我们推测Jub可能通过调控细胞极性影响干细胞数目。.细胞骨架蛋白是通过什么方式调控细胞极性从而调控干细胞数目的？分析我们筛选的结果发现极性蛋白pins突变后干细胞数目增加。而在神经系统中的研究表明，Dlg，Lgl可以通过Pins影响细胞极性蛋白的定位。我们通过Cas9技术构建了Pins的突变体，MARCM 克隆的结果与RNAi的结果一致。接下来检测了在果蝇肠道蛹期干细胞中Pins是否可以影响细胞极性，与野生型中pins突变后极性蛋白Baz位于顶部不同外，pins敲低后Baz失去极性定位在整个细胞膜上，Pros不能上膜，导致Pros累积减弱，最后形成全干细胞。我们对研究细胞内部极性蛋白对干细胞分化的影响的研究结果表明，细胞极性蛋白aPKC、Bazooka、Par-6、Mira通过精确调控Pros的阈值调控干细胞的数目：细胞极性蛋白Bazooka通过激活Notch信号通路来抑制Pros的积累，从而维持干细胞在pISC顶部细胞中的命运。Pros的阈值促进干细胞向上皮细胞分化，避免形成ISC细胞，而Pros的阈值过高则抑制Miranda表达，以确保pISC基底子细胞的对称分裂。.我们对这些蛋白如何调控干细胞的增殖与分化进行了深入研究，构建了干细胞的增殖与分化的调控网络。本研究通过研究机械力和极性蛋白的关系，为理解干细胞维持与分化提供的基础。