保幼激素胞内信号和膜信号协同调控蜕皮激素合成而精准控制昆虫的蜕皮和变态

昆虫变态发育受保幼激素（Juvenile hormone, JH）和蜕皮激素（20-hydroxyecdysone, 20E）的协同调控。之前的研究认为，JH在幼虫时期的主要功能就是拮抗20E信号而阻碍变态发生。华南师范大学李胜教授团队2018年在美国科学院院刊PNAS上发表论文，阐述了JH在前胸腺中通过其胞内受体Met/Gce及其初级反应基因Kr-h1抑制20E前体ecdysone的合成，从而阻碍变态发生的分子机理。近年来发现，除JH胞内受体外，还有JH膜受体存在，JH通过胞内信号和膜信号共同调控变态发育进程。但是至今仍未鉴定出JH膜受体，也未绘制出完整的JH膜信号下游磷酸化调控网络。

近日，Science Bulletin发表了李胜教授团队题为“Juvenile hormone membrane signaling phosphorylates USP topotentiate 20-hydroxyecdysone action and Yorkie activity in Drosophila”（果蝇中保幼激素膜信号磷酸化USP进而增强蜕皮激素信号）的研究论文，阐释了JH胞内信号和膜信号协助ecdysone合成而精准控制昆虫的蜕皮和变态的具体分子机制。    

李胜教授团队结合果蝇遗传学和磷酸化蛋白组学，对Met Gce双突变体在长期和短期JH存在或缺失的情况下做了大量的磷酸化蛋白组学分析，并鉴定出USP（20E受体复合体EcR-USP的重要组分）Ser35为JH膜信号诱导的磷酸化位点。后续实验证明JH膜信号通过激活PLC-PKC以诱导USPSer35磷酸化。使用CRISPR-Cas9基因编辑技术，将USP Ser35替换成无磷酸化活性的Ala35，得到了USPS35A 突变品系。发现USPS35A造成前胸腺ecdysone合成减弱，从而系统性引起全身20E信号下降，导致发育时间延迟。这些研究成果为阐明JH膜受体及其下游的磷酸化调控网络奠定了重要基础。更为重要的是，结合之前的研究成果，李胜教授团队提出了一个新颖的变态发育激素调控理论模型：JH胞内信号抑制ecdysone合成，JH膜信号维持ecdysone合成，因此JH精巧地协同ecdysone合成，并最终达成20E诱导蜕皮和变态的周期性稳态。

JH胞内信号和JH膜信号协同调控ecdysone合成的分子机制

美国Virginia Tech著名昆虫内分泌学家Prof. Jinsong Zhu撰写评论文章“Non-genomic action of juvenile hormone modulates the synthesis of 20-hydroxyecdysone in Drosophila”对该研究进行点评，系统介绍了JH膜信号的研究进程，并认为李胜教授团队的这篇论文是近年来JH-20E互作的最重要进展，为昆虫变态发育的激素调控研究指明了一个新的重要方向。

在该研究中，李胜教授团队2019级博士生高月和青年英才刘素宁博士为共同第一作者，李胜教授及其长期合作伙伴—马里兰大学的Jian Wang教授为并列通讯作者，华南师范大学为第一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、重点国际合作项目、面上项目以及广东省自然科学基金的资助。

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