【西报】程道军教授课题组揭示昆虫核内复制细胞周期与器官大...

3月19日，前沿交叉学科研究院生物学研究中心程道军教授课题组在《科学进展》（Science Advances）发表了题为《USP8和Hsp70通过协同促进Fzr蛋白的去泛素化及稳定性来调控核内复制》(USP8 and Hsp70 regulate endoreplication by synergistically promoting Fzr deubiquitination and stabilization）的研究论文。该研究以家蚕丝腺和果蝇唾液腺为模式，发现去泛素化酶USP8与分子伴侣Hsp70协同维持核内复制细胞周期关键调控因子Fzr的蛋白稳定性，进而控制核内复制进程和器官大小。

核内复制是一种特殊的细胞周期类型，在动植物中普遍存在。昆虫中研究最多的是家蚕的丝腺、果蝇的唾液腺和蝗虫的脂肪体，这些器官的细胞在胚胎期通过有丝分裂进行增殖，进入幼虫期后转而发生核内复制，进行多轮DNA复制而不发生胞质分裂，导致染色体多倍化，从而促进细胞和器官的快速生长，并有利于重要功能蛋白的大量合成，如丝腺中的丝蛋白、唾液腺中的胶蛋白和脂肪体中的卵黄原蛋白。Fzr蛋白是核内复制细胞周期进入和维持的关键调控因子，功能非常保守，但Fzr蛋白稳定性的维持机制尚不清楚。

本研究在家蚕丝腺和果蝇唾液腺中开展特异性遗传操作，筛选到通过维持Fzr蛋白稳定性来调控核内复制进程的去泛素化酶USP8。研究发现，USP8基因的敲除或敲降使Fzr蛋白水平降低，并导致腺体变小、细胞内DNA复制受阻、染色体倍数降低、细胞周期相关因子的表达紊乱等异常表型，这些异常表型可被Fzr过表达所挽救。具体作用机制方面，USP8与Fzr发生蛋白互作，从而促进Fzr蛋白去泛素化，最终抑制其发生泛素化降解；分子伴侣Hsp70通过与Fzr蛋白互作来促进Fzr正确折叠，从而增强Fzr与USP8间的互作，并影响核内复制进程。

本研究建立了调控核内复制进程并影响器官大小和功能的USP8-Hsp70-Fzr信号级联通路，首次揭示了蛋白质去泛素化途径在核内复制细胞周期维持和多倍体器官生长发育中的关键作用，也为理解家蚕丝腺发育及丝蛋白合成的调控机制提供了新的视角。

前沿交叉学科研究院生物学研究中心/西部（重庆）科学城种质创制大科学中心钱文良副教授和博士生研究生张星、袁冬琴为论文共同第一作者，程道军教授和钱文良副教授为论文共同通讯作者。中心夏庆友教授和山东农业大学周紫章教授对本研究给予指导。本研究得到国家自然科学基金、重庆市技术创新与应用发展专项重点项目、重庆市青年创新人才项目等项目资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq9111