2023年2月11日，方宗熙海洋进化发育生物学中心（Fang Zongxi Center for Marine Evo Devo）董波课题组在蛋白质组学Top期刊Proteomics上发表最新研究成果“Proteomic identification of intracellular vesicle trafficking and protein glycosylation requirements for lumen inflation in Ciona notochord”。https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pmic.202200460。该研究揭示了细胞内囊泡运输和蛋白糖基化修饰对海鞘脊索管腔形成与膨胀的关键作用。

 生物管腔是后生动物器官基本的结构单位，发挥着结构支持和代谢物转运等至关重要的功能。生物管腔的形成是一个非常复杂的细胞学过程，涉及细胞极性建立、囊泡运输、胞外基质分泌和细胞骨架重排等，对其调控机制的研究仍有待于进一步深入。近年来，海鞘脊索管腔形成方式的发现与探究，为生物管腔发生机制的研究提供了一个理想的模型。

 研究团队首先开发建立了海鞘脊索组织分离方法，利用该方法快速分离得到萨氏海鞘（Ciona savignyi）管腔形成过程的完整脊索组织并进行了4D蛋白质组学鉴定与分析。蛋白质组共鉴定到3129 个蛋白，这些蛋白涉及胞内囊泡运输过程、膜生长、蛋白质代谢加工、细胞骨架、细胞连接重塑与离子转运等过程，这说明海鞘脊索管腔发生与膨胀涉及多种关键生物学过程。

图1  管腔形成过程的海鞘脊索组织分离与蛋白质组测定

(A) 海鞘脊索管腔形成过程示意图。(B) 管腔形成过程的海鞘脊索组织分离。Bars: 100 μm。(C) 蛋白质组鉴定总览。

      进一步，利用蛋白-蛋白互作（PPI）网络分析鉴定到的824个脊索管腔形成前后上调表达蛋白，发现囊泡转运过程发挥重要的作用。随后，体内显性抑制突变实验结果表明，囊泡转运节点蛋白突变均能够导致海鞘管腔形成和膨胀的异常。这表明细胞内囊泡转运的稳态在管腔形成和膨胀过程中起着至关重要的作用。

图2  细胞内囊泡运输途径参与脊索管腔的形成和膨胀

(A) Mfuzz表达模式聚类鉴定到824个脊索管腔形成前后上调表达蛋白。(B) 上调簇蛋白的蛋白-蛋白互作网络分析。(C) 通过PPI网络邻域分析细胞内囊泡运输蛋白的调控枢纽蛋白。(D-F) 细胞囊泡运输节点蛋白突变体表型。Bars = 10 μm。

       另外，蛋白质组鉴定到207个细胞外基质蛋白，其中89.9%被预测为糖基化修饰蛋白。同时，糖基化修饰抑制剂显著降低了海鞘脊索管腔的膨胀速度，说明海鞘脊索管腔的膨胀依赖于细胞外基质蛋白的糖基化修饰作用。

图3  细胞外基质糖基化修饰对脊索管腔膨胀至关重要

(A) N-连接糖基化蛋白在ECM中的占比。(B) 糖基化抑制剂NGI-1和Tunicamycin显著延缓脊索管腔膨胀Bars = 10 μm。(C) 抑制剂处理后的脊索管腔体积定量图表。

      中国海洋大学王竹青博士生为本论文第一作者，中国海洋大学方宗熙研究中心董波教授为通讯作者，课题组博士生刘阿梅、硕士生谭子铖、毕建青、江安参与了本项目工作。研究工作获得了国家重点研发项目、崂山实验室科技创新项目和山东省泰山学者计划等项目资助。