2016年4月20日，国际学术期刊《The Journal of Neuroscience》在线报道了中国科学院生物物理研究所刘力课题组和焦仁杰课题组的合作研究论文，题目为“cGMP-dependent protein kinase encoded by foraging regulates motor axon guidance in Drosophila by suppressing Lola function”。该研究工作是刘力课题组和焦仁杰课题组长期合作获得的重要成果。该研究揭示了蛋白激酶G (PKG)和转录因子Lola共同调节运动神经元轴突发育的分子机制。
神经系统中神经元的轴突和树突通过定向生长形成复杂的神经联系。这些神经联系在生物体的信息输入和输出中发挥着重要的功能，但是其发育形成的分子机制依然有待进一步的研究。果蝇胚胎期ISNb运动神经元与肌肉之间形成特定的神经肌肉接点是研究早期轴突发育机制非常好的模型。在果蝇胚胎期晚期，ISNb运动神经元轴突与腹部四块平行的肌肉之间形成三个特定的神经肌肉接点。
这项研究发现编码果蝇PKG的基因foraging（for）在ISNb运动神经元轴突的导向生长中发挥重要作用。在for基因突变品系中，ISNb轴突常常错误地投射至非靶标肌肉或者和其它运动神经元轴突之间形成不正常的联系，这种错误投射的缺陷表型能够被神经系统中过表达for基因挽回。在神经系统中敲低for基因的表达量同样导致与for突变体类似的ISNb轴突缺陷。通过遗传筛选工作，lola基因被证明与for基因具有拮抗的遗传相互作用共同调节ISNb轴突发育。PKG和Lola蛋白亚型LolaT之间具有蛋白相互作用，并且依赖于具有锌指键结构域的LolaT蛋白C端。在体外培养的果蝇S2细胞中，PKG抑制转录因子LolaT的细胞核定位。这项研究发现了一个新的神经元轴突发育的调节因子PKG，并将PKG和转录因子Lola联系起来，为探索PKG在哺乳动物神经连接形成中的功能提供了理论基础。
刘力研究组的彭琼琳（博士生）、王艺瑾和副研究员李美霞为该论文的共同第一作者。刘力研究员和焦仁杰研究员为共同通讯作者。此项研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委以及中国科学院战略性先导科技专项（B类）的基金支持。
图1. for突变体ISNb运动神经元轴突投射缺陷。在w1118对照品系中，ISNb轴突与肌肉之间形成三个特定神经肌肉接点；在for纯合突变品系中（for20-29），ISNb轴突呈现不同的轴突投射缺陷。
供稿：刘力课题组和焦仁杰课题组