Wnt信号配体和受体的拼凑而成蝴蝶翅膀上的颜色
Wnt 信号传导是多细胞生物体中众所周知的细胞间通讯模式。它涉及信号细胞分泌小 Wnt 糖蛋白，与接收细胞膜上的受体蛋白结合。该信号修改这些接收细胞内部的蛋白质，使细胞生长、分裂或分化。这种通讯模式对于正常和改变的细胞发育(例如癌症和伤口愈合)至关重要，并且在四十多年的研究中一直备受关注。一些开放的研究问题围绕着在细胞内部、外部和表面发挥作用的 Wnt 通路成员数量的异常复杂性，以及如何通过使用特定成员来实现该通路的不同输出。
由新加坡国立大学 (NUS) 理学院生物科学系 Antónia Monteiro 教授领导的一个科学家小组通过使用蝴蝶翅膀作为模型系统，揭示了这种复杂性的一部分。蝴蝶翅膀的功能就像一个巨大的二维 (2D) 细胞画布，它们在发育过程中相互交流，形成精致而细致的颜色图案。因此，它们是探索 Wnt 信号在此类模式机制中的作用和多样性的特殊系统。这包括探索信号通路的不同元件存在的位置、它们在这些细胞中发挥什么功能，以及它们如何相互作用。
利用最先进的原位定位技术，研究人员破译了双环蝴蝶基因组中存在的所有八种 Wnt 糖蛋白和所有四种膜受体蛋白 (Frizzleds) 的表达模式。他们还描述了细胞内蛋白质(犰狳)在翅膀发育过程中的空间和时间动态，并使用 CRISPR-Cas9 基因组编辑工具测试了该蛋白质和其他一些途径成员的功能。他们展示了不同的通路成员如何在空间和时间上相互调节，以定义该蝴蝶翅膀上的许多颜色图案。
该研究结果发表在 2023 年 7 月 26 日的《科学进展》杂志 上，并以封面专题报道。
Wnt信号在蝴蝶翅膀发育中的动态作用
新加坡国立大学生物科学系研究员 Tirtha Das Banerjee 博士使用免疫染色和基因定位技术发现 Wnt 通路成员极其活跃。随着翅膀的发育，观察到来自 Wnt 通路的多种蛋白质的明显动态条带和圆形斑点。例如，犰狳蛋白最初以均匀的方式存在于早期翅膀的所有细胞中，后来逐渐定位于特定细胞，包括眼点中心和翅膀边缘，在颜色分化中发挥作用。
编码另一个 Wnt 成员 WntA 的基因被发现沿着沿着发育中的翅膀中心延伸的粗带模式表达。当这个基因被新加坡国立大学生物科学系研究员 Heidi Connahs 博士敲除时，它导致中心带图案的颜色和宽度都被破坏，表明它在这两个角色中发挥作用。
新加坡国立大学生物科学系研究员 Suriya Murugesan 博士测试了 Frizzled4 的功能，发现该基因在眼斑中心的分化和眼斑区域鳞片细胞的定向中也具有双重作用。这个基因家族被称为Frizzleds，在果蝇的鬃毛和哺乳动物的毛发方向上具有类似的作用。
Wnt 信号通路之间的相互作用定义了蝴蝶翅膀上的模式
该研究的关键发现之一是发现蝴蝶翅膀图案中不同 Wnt 信号通路的复杂空间和时间调节。表达 Wnt 通路不同成员的细胞可能相互调节，并保持该通路其他成员的表达关闭，以产生信号特异性。例如，蛋白质 frizzled2 以非常复杂的模式表达，细胞在中央 (wntA)、眼斑 (frizzled4) 和翼缘 (frizzled9) 结构域缺乏该受体的表达。这些区域结合起来，覆盖了蝴蝶翅膀中的整个细胞区域。
Monteiro教授说：“这意味着Wnt信号传导在机翼的各处发生，但该通路的不同成员控制着不同区域的不同颜色和图案。”
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