浙江大学黄健华教授课题组在PLOS Biology发文揭示miR-124和EGFR通路联合调控昆虫卵子发生的分子机制

2024年3月21日，浙江大学黄健华教授课题组在PLOS Biology在线发表了题为“Communication between the stem cell niche and an adjacent differentiation niche through miRNA and EGFR signaling orchestrates exit from the stem cell state in the Drosophila ovary”的研究论文，深入调查了miRNA在昆虫产卵中的作用，揭示了miR-124和EGFR通路联合调控昆虫卵子发生的分子机制。

昆虫生殖是种群繁衍的关键过程，卵巢是昆虫生殖的核心器官。大多数雌性昆虫具有一对左右对称的卵巢，每个卵巢由数目不等的卵巢小管构成，这些卵巢小管作为卵子发生的功能单位，就像是昆虫卵子生产和组装的工厂。位于每条卵巢小管最前端的原卵区，是卵子发生的起始处，这里有着两类重要细胞：生殖干细胞（germline stem cell，GSC）和卵泡上皮干细胞（follicle stem cell，FSC），它们通过不断分裂和分化，生成生殖细胞和卵泡细胞，并装配成卵室。新卵室在形成后不断把老卵室推向卵巢小管的后端，卵室在后移过程中不断发育，最终成为成熟卵。此外，位于原卵区最前端的帽细胞（cap cells）和运输细胞（escort cell，EC）为干细胞的自我更新和子细胞分化提供重要的微环境信号，维系昆虫正常的卵子发生，从而保证成熟卵的生产（图1）。

图1. 昆虫卵子发生的示意图

研究人员首先对收集的90个黑腹果蝇miRNA突变体品系进行筛选，发现miR-124突变体的产卵量发生显著下降。miR-124是一个高度保守的小RNA分子，已被发现广泛作用于昆虫神经系统，而有关miR-124在昆虫生殖中的功能尚未见报道。通过对miR-124在卵巢中的定位，发现其在原卵区帽细胞中特异性表达。帽细胞中miR-124的缺失能够引起运输细胞中dpp基因上调，进一步激活GSC子细胞（cystoblast，CB）内的BMP信号，导致生殖细胞分化发生异常。为了解释miR-124是如何在帽细胞中发挥功能并调控运输细胞中dpp基因的表达，研究人员结合miR-124的靶基因预测和功能验证，发现EGFR是miR-124直接作用的靶点。进一步研究发现，Notch信号是将帽细胞中EGFR通路与运输细胞中dpp基因表达连接起来的重要纽带（图2）。

图2. miR-124调控昆虫卵子发生及其作用模式图

综上所述，本研究揭示了miR-124和EGFR通路接力调控帽细胞和运输细胞之间的通信，提供了生殖干细胞自我更新及其子细胞分化的适合微环境，从而保障了昆虫卵子发生。研究结果有助于深入理解miRNA在昆虫卵子发生与生殖中的作用，为控制害虫种群数量提供新的理论依据。本论文第一作者为浙江大学陈佳妮博士后，通讯作者为浙江大学黄健华教授。浙江大学硕士研究生李超群和张峻玮，博士研究生盛怡锋、董芝、吴志伟、陆月琪和刘志国，博士后庞兰和张启超，以及浙江大学关雪莹教授和陈学新教授也参与了本项研究。该研究得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金项目（32325044）和面上项目（32172467）、中国博士后科学基金项目（2023T160573和2022M710127）等经费的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002515