2022年11月15日，西湖大学生命科学学院马仙珏课题组在Cell Reports发表了题为“Ptp61F integrates Hippo,TOR and actomyosin pathways to control three-dimensional organ size”的研究论文。利用黑腹果蝇为研究对象，课题组揭示了磷酸酶Ptp61F在生理及病理状态下通过同时调控细胞数量、细胞大小及细胞高度从而在3D层面对器官大小进行精确调控的分子机制。
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首先，团队利用果蝇遗传学技术（MARCM）在幼虫眼成虫盘上诱导产生GFP标记的原癌基因RasV12过表达克隆，并在此基础上针对果蝇体内的磷酸酶进行了RNAi筛选，发现敲低/敲除Ptp61F可以与RasV12协同诱导过度增殖并产生恶性肿瘤。通过RNA-seq测序分析，研究人员发现Hippo信号通路在肿瘤中显著富集，该通路从果蝇到哺乳动物高度保守，并且在器官大小调控与肿瘤进展中都发挥重要作用。进一步的遗传学及生化证据表明Ptp61F通过非经典的方式与Hippo通路成员Expanded(Ex)相互作用，进而限制Yki入核。
图1.Ptp61F激活Hippo通路调控细胞增殖及肿瘤发生
有意思的是，团队观察到虽然Ptp61F纯合突变果蝇可以存活，但身体大小相比于野生型显著增加，且寿命降低，提示Ptp61F可能也具有重要的生理功能。此外，年老的Ptp61F突变果蝇肠道宽度增加、肠壁变厚、产生过度增生，并通过Yki依赖的方式诱导肠道干细胞增殖。以上结果表明Ptp61F通过激活Hippo通路调控细胞数量。
图2.Ptp61F突变使身体尺寸变大并诱导肠道增生
进一步，研究人员发现带有Ptp61F突变的肿瘤细胞体积变大，Tor信号通路显著升高，阻断Tor通路可抑制RasV12/Ptp61F-/-诱导的肿瘤增殖。相反地，过表达Ptp61F则能够使细胞变小，抑制Tor通路激活引起的眼部表型，且遗传学证据显示Ptp61F也通过Ex依赖的方式抑制Tor信号通路，从而影响细胞大小。
图3.Ptp61F负调控Tor通路影响细胞大小
通过对内源性的Ptp61F进行抗体染色，研究人员观察到Ptp61F与机械力调控存在潜在关系。在果蝇翅成虫盘中过表达Ptp61F可通过Ex依赖的方式激活肌动蛋白轻链磷酸化(pMLC)，诱导机械收缩力产生，从而导致细胞高度变小。
图4.Ptp61F通过改变机械力调控细胞高度
研究者随后对Ptp61F调控Ex的分子机制进行了探究，发现过表达Ptp61F会显著上调近顶层细胞连接上的Ex蛋白表达量，并使其在胞质中形成点状聚集，进一步发现Ex及Yki均与Rab5和Rab7标记的内吞小泡存在共定位。最后研究人员证明Ptp61F/Ex复合体能与内吞过程中调控底物识别的核心蛋白AP-2结合，调控Ex介导的信号传递。
图5.Ptp61F过表达促进Ex-Yki的内吞体定位
综上，本研究主要发现如下：
1）Ptp61F通过调控Hippo,Tor以及机械力信号通路影响肿瘤发生；
2）Ptp61F/Ex复合体具有改变细胞数量、细胞大小和细胞高度的能力；
3）Ptp61F/Ex/Yki/AP-2复合体介导了内吞与Hippo通路之间的互作。器官大小的精确调控对于多细胞生物正常发育与机体功能的维持至关重要，该机制的紊乱则会导致肿瘤发生，马仙珏团队的这一发现揭示了Ptp61F通过影响Hippo、Tor和机械力来调控肿瘤发生与3D器官大小的新机制。
西湖大学科研助理刘朋为本文第一作者，西湖大学马仙珏研究员为本文通讯作者。该工作得到了课题组郭一帆的大力帮助。La Trobe大学Helena Richardson教授，中国农业大学王兴教授和李晓琴同学提供了支持与帮助。该研究受到国家自然科学基金、西湖实验室、浙江省生长调控和转化研究重点实验室的资助和支持。