2023年3月11日，Biological Research在线发表了方宗熙海洋生物进化与发育研究中心董波团队题为“DYRK1-mediated phosphorylation of endocytic components is required for extracellular lumen expansion in ascidian notochord”的研究论文。该论文以海鞘脊索管腔为研究对象，揭示了蛋白激酶DYRK1通过磷酸化内吞和胞吐作用的关键组分蛋白，实现对细胞膜合成以及囊泡运输的动态调控，从而维持脊索管腔正常形态发生过程。

 生物管遍布于后生动物体内，发挥着物质转运及结构支撑等生物学功能。管状结构的形成对胚胎发生和成体代谢至关重要。先前的研究表明胞吐作用在生物管的形成过程中具有重要作用。然而，内吞作用在生物管形成过程中所扮演的角色仍待阐明。

 研究团队首先鉴定到了一个调控脊索管腔膨胀的关键因子dual specificity tyrosine-(Y)-phosphorylation-regulated kinase 1（DYRK1）。抑制DYRK1的激酶活性显著地阻碍了脊索管腔膨胀，表明DYRK1的激酶功能为脊索管腔膨胀所必需。

图1 DYRK1的激酶活性对于脊索管腔的膨胀至关重要

（A）脊索管腔的形态发生。（B）DYRK1激酶活性抑制剂（AZ191，40 μM；Harmine，40 μM；Mirk-IN-1，160 μM）处理抑制脊索管腔的膨胀。（C）管腔直径的数据统计。Bars = 10 μm。

 然后，该研究通过磷酸化组学测序以及酵母双杂交等技术手段筛选到了DYRK1的下游蛋白Endophilin。Co-IP 实验证实DYRK1与内吞作用的关键组分Endophilin相互作用，并调控其第263位Ser的磷酸化修饰。体内显性负性突变实验表明Endophilin的磷酸化缺陷抑制脊索管腔的膨胀。磷酸化测序结果显示除Endophilin之外，其他内吞组分的磷酸化修饰也受到DYRK1的调控，暗示着内吞作用受到DYRK1的调控。激酶活性抑制实验结果显示DYRK1功能缺失阻碍了海鞘胚胎的内吞作用，表明DYRK1是内吞作用的上游调控者。随后，该研究证明了内吞作用存在于脊索细胞顶端膜，并且为脊索管腔膨胀所必需。此外，胞吐作用也被证明存在于顶端膜，表明内吞作用与胞吐作用共存于脊索细胞顶端膜。

图2 内吞作用在脊索管腔的膨胀过程中发挥重要作用

（A）DYRK1下游蛋白的筛选。（B）酵母双杂交实验证明DYRK1与Endophilin相互作用。（C）Co-IP实验证明DYRK1与Endophilin相互作用。（D）表达Endophilin（S263A）抑制脊索管腔的膨胀。（E）管腔直径的数据统计。（F）抑制内吞作用阻碍脊索管腔的膨胀。Bars = 10 μm。

  基于以上结果，该论文提出了一个调控脊索管腔膨胀的假说。胞吐作用与内吞作用共存于脊索细胞顶端膜，二者共同维持脊索细胞囊泡转运的动态平衡，维持管腔的持续膨胀以及顶端膜面积的稳步增长。而这种平衡受到蛋白激酶DYRK1的调控。DYRK1通过调控内吞组分的磷酸化影响细胞的内吞作用，进而参与维持囊泡分泌与回收的动态平衡。该研究为管腔器官形态发生的调控机制解析提供了重要借鉴。

图3 胞吐与内吞的动态平衡为脊索管腔的膨胀所必需

  中国海洋大学博士生欧阳修可为本论文第一作者，董波教授为通讯作者，课题组硕士生吴炳彤、于海燕副教授也参与了本项目工作。研究工作获得了国家重点研发国际科技创新合作专项项目、崂山实验室科技创新项目、中央高校基本科研业务费专项和山东省泰山学者计划等项目资助。

论文链接：https://trebuchet.public.springernature.app/get_content/a700169e-ea4e-442b-99ac-0a87e47686d7