生物物理所等揭示细胞应对营养胁迫调节巨胞饮水平的适应性机制
2月6日，中国科学院生物物理研究所蔡华清研究组和北京大学李磊研究组，在《发育细胞》（Developmental Cell）上发表了题为A transcription factor complex in Dictyostelium enables adaptive changes in macropinocytosis during the growth-to-development transition的研究论文。该研究揭示了细胞应对营养胁迫调节巨胞饮水平的分子机制。
巨胞饮是细胞非选择性内吞胞外液体的主要途径之一。该过程由细胞骨架重排驱动质膜形变，形成直径在0.2 5微米的内吞囊泡，以包裹胞外液体及溶质。这一特殊的内吞行为存在于多种细胞类型和组织器官中，参与营养摄取、抗原呈递、突触信号调节、质膜损伤修复等重要的生理活动，又与较多疾病的发生密切相关，如被病原体利用入侵细胞，被肿瘤细胞利用摄取营养物质从而在肿瘤微环境中维持生长优势等。近年来对于巨胞饮作用潜在生理功能的认知，使其调控机制的解析成为领域的重要方向。
前期，蔡华清研究组以盘基网柄菌细胞为模型，建立了巨胞饮作用的研究体系。该模式细胞是社会性阿米巴，即当营养充沛时以单细胞形式存在，通过高组成型巨胞饮（负责细胞中超过90%的液体摄入）摄取营养；在营养胁迫的条件下进入发育阶段，在节律性环腺苷酸cAMP信号的指引下，约105-106细胞通过定向迁移聚集形成多细胞结构，且此过程伴随巨胞饮能力的逐步下调。从巨胞饮模式到迁移模式的转变，在多细胞发育进程中起到关键作用，而这种细胞适应性行为背后的分子机制尚不明确。
该研究通过正向遗传筛选和质谱等方法，鉴定获得了两个与巨胞饮作用相关的转录因子——同源异形盒转录因子Hbx5和Myb家族转录因子MybG。研究通过显微成像、生化实验、RNA-Seq和ChIP-Seq等方法发现，Hbx5和MybG在营养生长阶段定位在细胞核中，通过形成异源复合体调控一系列与巨胞饮作用相关基因的表达，维持高的巨胞饮水平。在营养胁迫时，节律性cAMP信号通过诱导Hbx5周期性的磷酸化和去磷酸化，引起Hbx5-MybG复合体以每6-8分钟一次的频率发生核质穿梭，导致巨胞饮作用相关基因表达的下调。随着发育进程中cAMP节律信号频率的升高，Hbx5-MybG复合体停止核质穿梭而被滞留在细胞质中，从而关闭促进巨胞饮作用的基因的表达，协助细胞向定向迁移行为模式的转变。
该研究发现了细胞维持巨胞饮作用和适应营养胁迫调节巨胞饮水平的关键调控元件。在从营养生长向多细胞发育的转变过程中，节律性cAMP信号不仅调控了Hbx5-MybG的核定位，而且作为趋化信号促进定向迁移和细胞聚集过程的发生，使得细胞群体能够同步响应环境变化调整细胞功能。这一成果为探索细胞应对环境变化调节巨胞饮水平的分子机制提供了新视角，并为研究节律信号在细胞中的解码机制提供了新方向。
研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院等的支持。
Hbx5-MybG转录因子复合体调控细胞营养生长和多细胞发育过程中巨胞饮水平的适应性变化
消息来源：中国科学院官网
