在胚胎发育过程中,细胞以惊人的速度分裂以构建完整的机体,但这种增殖必须受到精密调控,否则可能导致发育缺陷或成年后罹患癌症。细胞命运的抉择——分裂还是死亡——由细胞内分子间传递的信息网络决定。德国海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)Steffen Cohen研究团队在果蝇模型中揭示了一条名为“Hippo”的信号通路,该通路通过一种名为bantam的微核糖核酸分子(microRNA)精细调控细胞增殖与凋亡的平衡。这项里程碑式的研究最初于2006年发表在《Cell》杂志上,为后续理解组织生长和癌症发生提供了关键线索。
研究团队核心成员Barry Thompson指出:“Hippo通路就像细胞分裂与死亡之间的开关。如果该通路过度活跃,组织会因过多细胞分裂而死亡过少,导致过度生长;反之则发育停滞。”然而,长期以来,该通路下游具体如何驱动细胞增长的分子机制尚不明确。利用成熟的遗传学技术,Thompson和Cohen证实bantam microRNA充当了这一连接枢纽。当bantam缺失时,组织生长显著减缓,发育体积小于正常水平。细胞内bantam的含量直接受Hippo通路信号强度的调控:信号越强,bantam表达越高,进而促进更多细胞分裂。
bantam是一种非编码小RNA分子。与典型mRNA不同,它不直接指导蛋白质合成,而是通过碱基互补配对结合靶mRNA,抑制其翻译或促进其降解。在Hippo通路的调控下,bantam靶向一种抑制细胞分裂的蛋白(如果蝇中的Warts/LATS激酶下游因子),从而“解锁”细胞分裂的闸门,维持正常发育所需的增殖率。这一机制在后续研究中得到拓展:哺乳动物中Hippo通路的核心效应因子YAP/TAZ的活性也受类似microRNA网络调控,其中与bantam功能相近的miR-21等分子在多种肿瘤中异常表达,与癌症发生、转移密切相关。
Cohen团队一直致力于揭示包括bantam在内的microRNA在发育调控中的多重角色。后续研究进一步鉴定出bantam的直接靶基因,例如编码促凋亡蛋白的基因hid等,从而完善了Hippo通路通过bantam同时控制增殖和凋亡的模型。深入理解该信号级联,不仅有助于阐明组织稳态的分子基础,也为癌症治疗提供了潜在靶点——靶向Hippo通路或相关microRNA或许能够纠正过度增殖。
该成果最初发表于2006年8月25日的《Cell》杂志(DOI: 10.1016/j.cell.2006.07.014)。近二十年来,围绕Hippo通路的研究已扩展至再生医学、免疫调控及药物开发等领域,成为细胞生物学研究的重要支柱之一。