美国约翰·霍普金斯大学科学家通过研究果蝇的神经系统，揭示了几种蛋白质信号的活动，这些蛋白质信号能让运动神经轴突知道该在何时、何地分支，伸向正确的肌肉目标并与之连接。相关论文发表在近期《神经元》杂志上。
果蝇要控制自身运动，必须有一套运动神经元将运动纤维和神经索连在一起。在胚胎发育期，神经细胞会发出丝状轴突束，将神经索和目标肌纤维连接起来。起初，许多轴突一起向外伸展，随着它们不断前进，一些轴突必须在特定地点退出共同的“高速路”，去往特定的目的地。“如果轴突分支失败、分支太早或太频繁，就可能在关键的肌肉—神经连接上留下空白。”约翰·霍普金斯大学基础生物医学科学院神经科学教授、霍华德·休斯医学院研究员亚历克斯·克罗金说。
在实验中，研究小组灭活并控制了果蝇的相关基因，观察运动神经元的分支情况。他们发现，一起向外“旅行”的轴突表面都有一些蛋白质，其作用就像双向发报机，让轴突能彼此通讯，协调它们的运动方式，以确保每条肌肉纤维都有神经细胞与之连接。
通讯中心是一种叫做Sema-1a的蛋白，位于运动神经元轴突的表面。如果邻居轴突表面有另一种叫做PlexA的蛋白，就会受Sema-1a排斥而从轴突束上转向离开，所以Sema-1a的作用就像一个指令信号，而PlexA是接受该指令的受体。但在实验中，他们发现Sema-1a也能作为PlexA的受体。克罗金说：“我们曾以为这对表面蛋白是‘单向发报机’，只能向一个方向传递信息，而现在我们知道信息传递可以是双向的。”
除了识别出这一“双向”通讯系统，他们还发现了运动轴突上的其他蛋白，如被称为Pebble、RhoGAPp190、Rho1的蛋白基因，Sema-1a在接受一个PlexA信号之后，还能与这些蛋白互相作用，决定轴突的行为。
“这一信号系统非常复杂，我们还未能理解总体的控制机制，但离此目标已经近了一步。”克罗金指出，人体中也有Sema-1a的“亲缘”蛋白，已知与精神分裂症有关，但其在疾病中的具体作用还不清楚。哺乳动物体内也有同类的信号蛋白，对免疫系统、神经系统、心脏发育及肿瘤发展都有着调节作用，研究这些蛋白对研究人类疾病有着广泛影响。(生物谷Bioon.com)
DOI:10.1016/j.neuron.2012.09.018
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The Control of Semaphorin-1a-Mediated Reverse Signaling by Opposing Pebble and RhoGAPp190 Functions in Drosophila
Sangyun Jeong, Katarina Juhaszova, Alex L. Kolodkin
Transmembrane semaphorins (Semas) serve evolutionarily conserved guidance roles, and some function as both ligands and receptors. However, the molecular mechanisms underlying the transduction of these signals to the cytoskeleton remain largely unknown. We have identified two direct regulators of Rho family small GTPases, pebble (a Rho guanine nucleotide exchange factor [GEF]) and RhoGAPp190 (a GTPase activating protein [GAP]), that show robust interactions with the cytoplasmic domain of the Drosophila Sema-1a protein. Neuronal pebble and RhoGAPp190 are required to control motor axon defasciculation at specific pathway choice points and also for target recognition during Drosophila neuromuscular development. Sema-1a-mediated motor axon defasciculation is promoted by pebble and inhibited by RhoGAPp190. Genetic analyses show that opposing pebble and RhoGAPp190 functions mediate Sema-1a reverse signaling through the regulation of Rho1 activity. Therefore, pebble and RhoGAPp190 transduce transmembrane semaphorin-mediated guidance cue information that regulates the establishment of neuronal connectivity during Drosophila development.
