2023年3月15 日，方宗熙海洋生物进化与发育研究中心董波课题组在生物学权威期刊Open Biology上发表最新研究成果“ELMOD3-Rab1A-Flotillin2 cascade regulates lumen formation via vesicle trafficking in Ciona notochord”。

该研究揭示了一个新的细胞内囊泡运输信号通路，对海鞘脊索管腔形成与膨胀具有重要调控作用。研究结果对于理解生物管腔发生的调控机制以及发掘建立管腔相关疾病的治疗靶点具有重要科学意义和应用前景。

生物管腔是生物体的重要组成部分，在生物生长发育和新陈代谢过程中发挥重要作用。生物管腔类型众多，主要包括管腔细胞及细胞内或多细胞围成的腔液。腔液形成和膨胀是生物管腔发生过程中的关键步骤，涉及囊泡定向运输以及细胞膜融合等复杂精细的细胞生物学过程。但目前为止，腔液形成过程中调控囊泡定向运输的分子机制仍不够清楚。近年来，海鞘脊索管腔形成方式的发现与探究，为研究生物管腔发生提供了一个理想的模型。

ELMOD3 (ELMO domain-containing 3，ELMOD3)是Arf GAP 蛋白家族成员，参与囊泡运输调控。该研究团队发现ELMOD3在海鞘脊索细胞中特异性表达并产生囊泡结构，ELMOD3功能缺失导致管腔形成异常（图1）。这些表明，ELMOD3在脊索管腔形成过程中具有重要的作用。

图1. ELMOD3对于管腔形成和膨胀是至重要的

(A) ELMOD3显性失活导致管腔形成异常。(B) ELMOD3的敲除造成脊索管腔发生畸形。Bars = 10 μm。

进一步，利用酵母双杂交和免疫沉淀等实验方法，筛选ELMOD3互作分子Flotillin2，随后，体内显性抑制突变实验结果表明，Flotillin2阻止脊索管腔的形成和膨胀。与ELMOD3缺失的表型一致。另外,我们发现在表达了ELMOD3突变体的脊索细胞中，Flotillin2亚细胞定位改变，而不在顶端膜上聚集（图2A），管腔不能形成。这些结果表明，ELMOD3通过调控Flotillin2在顶端膜上的定位从而实现对囊泡的定向运输调控。

图2. ELMOD3-Rab1A介导脊脊索细胞中Flotillin2在顶端膜的定位

(A) ELMOD3显性失活导致Flotillin2定位改变，管腔异常。(B) Rab1A的显性失活导致Flotillin2定位改变，脊索管腔发生畸形。Bars = 10 μm。

Rab1A是另一个ELMOD3的互作蛋白，具有潜在的囊泡运输调控功能。随后体内显性抑制突变实验结果表明，Rab1A阻止脊索管腔的形成和膨胀，表型与与ELMOD3和Flotillin2的功能缺失的表型一致。Pull-down实验表明ELMOD3能够与Rab1A GTP形式结合，调控其功能。这些结果果暗示着Rab1A也参与调控着Flotillin2在脊索细胞顶端膜的定位。进一步的免疫沉淀实验发现，Rab1A与Flotillin2存在物理相互作用。随后，我们在脊索细胞中共表达了Flotillin2和Rab1A的突变体，结果显示Flotillin2的亚细胞定位紊乱（图2B），表明Rab1A参与调控Flotillin2在脊索细胞中的亚细胞定位。

该研究建立了一个新发现的调控海鞘脊索管腔发生的分子通路（图3），ELMOD3-Rab1A-Flothillin2。ELMOD3作为Rab1A调控分子，调控其功能活性。Rab1A调控囊泡相关蛋白Flotillin2在脊索细胞顶端膜的亚细胞定位，从而调控腔液膨胀和管腔发生。

图3. ELMOD3-RAB1A-Flotillin2信号调控海鞘脊索管腔发生的工作模型图

中国海洋大学刘阿梅博士为本论文第一作者，中国海洋大学方宗熙海洋生物进化与发育研究中心董波教授为通讯作者，课题组博士生欧阳修可、王竹青参与了本项目工作。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。

  
论文链接：https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsob.220367