当前位置：首页 > 详细信息 中科院动物所王强组系统综述了BMP信号通路在胚胎背腹轴形成中的功能机制
作者：luojiao 发布时间：2022/1/12 4:00:00
胚胎早期发育过程中重要的事件之一是体轴的建立，包括前后轴、左右轴和背腹轴。Wnt、BMP、Nodal 和 FGF 等多个信号通路协同调控细胞分化和细胞运动，促进胚胎胚层形成和空间分离，调控胚胎前后轴、左右轴和背腹轴的图示形成，为胚胎早期发育奠定基础。
中科院动物所王强组在脊椎动物胚胎不对称性建立的分子机制研究领域取得一系列重要研究成果（Journal of Neuroscience, 2015；PLOS Biology, 2019；Cell Research, 2017；Science Advances, 2019；Development，2021）。近日，该团队在Frontiers in Cell and Developmental Biology杂志上应邀在线发表了题为“BMP signaling: lighting up the way for embryonic dorsoventral patterning” 的综述文章，文章系统综述了近年来BMP信号在脊椎动物背腹轴建立过程中的功能和调控机制方面的进展。
在这篇综述中，该团队总结了脊椎动物特别是斑马鱼和爪蟾中背腹轴建立的分子机制，描述了物种间BMP信号对背腹轴形成调控网络的相似性和差异性。他们主要以模式动物如爪蟾和斑马鱼为例，综述了脊椎动物背腹轴形成的分子机制最新进展，包括起始背腹轴形成的分子机制（图1）、BMP浓度梯度的形成、BMP信号调控背腹轴建立的分子机制（图2）和背腹轴形成过程中BMP浓度梯度的稳态。
图1 BMP浓度梯度的形成。母源因子激活合子BMP的表达；背部组织中心bozozok的激活；背部组织中心BMP抑制因子的激活。
图1 BMP浓度梯度的形成。母源因子激活合子BMP的表达；背部组织中心bozozok的激活；背部组织中心BMP抑制因子的激活。
该文介绍，在脊椎动物中存在背部组织中心，母源Wnt/β-catenin信号通路是背部组织中心形成的初步决定因素，激活Chordin、Noggin等BMP拮抗因子在胚胎背部表达并分泌。随后，BMP拮抗因子抑制腹部的BMP 信号，使得BMP作为一种形态发生素，形成腹部浓度高，背部浓度低的浓度梯度，指导胚胎背腹轴的建立，这种调控作用在进化过程中高度保守。多个遗传学、分子生物学和胚胎学证据表明，许多BMP信号通路分子及其调节因子协同作用，共同调控背腹轴的形成。尤其是Pinhead与Admp两种BMP配体，其蛋白性质相似性及其基因表达的相互抑制，使得其中一个功能缺失，可以被另一个替代性补偿；胚胎中BMP信号对pinhead和admp基因表达的抑制，致使pinhead和admp的表达根据BMP信号的变化反向增加或降低，从而抵抗BMP活性的波动。这种双重保护机制，确保了胚胎背腹轴的发育稳定性。
图2 斑马鱼和爪蟾中，BMP信号通路在背腹轴图示形成过程中的调控。
图2 斑马鱼和爪蟾中，BMP信号通路在背腹轴图示形成过程中的调控。
中科院动物所王强研究员为该论文通讯作者，北医三院助理研究员闫一芳为第一作者。该综述得到了国家自然科学杰出青年基金、国家自然科学基金创新研究群体项目、国家自然科学青年基金和国家重点研发计划的资助。