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Sci Adv丨董杜鹃团队解析昆虫变态的分子调控机制

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-02-10 17:30

正文

昆虫是地球上最多样化的生物群体，它们适应环境和维持种群的方式之一就是在不同的发育阶段表现出完全不同的形态，即“变态”。变态不仅包括从幼虫到成虫的外部形态变化，还包括幼虫组织的程序性死亡（PCD）和成虫组织的增殖，这种“破坏”与“重建”是如何同时进行的，在发育生物学领域受到广泛关注。大量研究表明，变态受到类固醇激素20-羟基蜕皮酮 (20E) 、肽类激素胰岛素样肽 (ILP) 超家族和倍半萜类保幼激素等多种激素的协同调节。20E与蜕皮激素受体 (EcR) 和超气门蛋白 (USP) 组成的核受体复合物结合，诱导转录因子如激素受体3 (HR3) 和变态起始因子Broad (Br) 表达，随后介导PCD。而ILP超家族，包括胰岛素、胰岛素样生长因子 (IGF) 和松弛素，通过胰岛素/IGF信号 (IIS) 促进生长。但类固醇激素和IIS信号通路同时发挥作用的“hub”尚需进一步鉴定。

2025年2月5日，山东大学 董杜鹃 副教授在 Science Advances 发表了题为 Succinylation enables IDE to act as a hub of larval tissue destruction and adult tissue reconstruction during insect metamorphosis 的研究论文。

该论文证明在幼虫取食期，胰岛素降解酶 (IDE) 定位于细胞质中，与胰岛素样生长因子2 (IGF-2-like) 结合，并将其降解。当变态开始时，20E通过转录因子Krüppel样因子15 (KLF15) 上调肉毒碱棕榈酰转移酶1A ( Cpt1a ) ，从而增加IDE的K179位的琥珀酰化水平。琥珀酰化的IDE从细胞质易位至细胞核，与蜕皮激素受体结合促进20E信号通路，引起幼虫组织降解，同时不再降解IGF-2-like，使其促进成虫组织增殖。即琥珀酰化修饰可以通过改变IDE的亚细胞定位，使其结合不同的靶蛋白，同时促进幼虫组织降解和成虫组织增殖。

图. IDE的琥珀酰化修饰调控变态发育的示意图

该研究综合利用了RNAi、基因编辑、蛋白互作、基因转录调控等多种方法，对机制进行了深入探索。此外，该研究通过琥珀酰化组学鉴定了大量在昆虫变态过程中琥珀酰化修饰状态发生改变的蛋白，为后续琥珀酰化修饰在昆虫变态发育中的作用机制研究提供了参考。考虑到IDE通过不同的互作蛋白参与了糖尿病和阿尔茨海默病等多种疾病的发生，该研究中翻译后修饰可以调控IDE的亚细胞定位与靶蛋白选择的结果也为以IDE为靶标的药物开发提供了参考。

山东大学董杜鹃副教授为该论文通讯作者，博士后李艳雪和硕士生邵斌岩为共同第一作者。该研究得到了山东大学赵小凡教授和王金星教授的指导和支持。

全文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ads0643

制版人：十一

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