《Developmental Biology》：Bridges under construction: the dynamics of ring canal expansion during Drosophila oogenesis
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果蝇卵囊中环状通道的形成与扩展机制研究，涉及细胞质共享、磷酸化调控及GAL4/UAS系统等工具，揭示其作为多细胞生物间细胞桥模型的潜力。
Kari Price|Lindsay Lewellyn
加州大学戴维斯分校综合癌症中心，萨克拉门托，加利福尼亚州
摘要
细胞间桥接结构在动物界的组织和器官中连接着细胞，在细胞间通讯和协调中起着重要作用。其中研究最为深入的细胞间桥接结构之一是连接果蝇卵室中生殖细胞的环状通道。该模型系统提供的遗传学、成像和生化工具已经产生了大量关于调控环状通道形成、稳定性和扩张的蛋白质、信号通路和结构的信息。在这篇综述中，我们描述了这些研究对理解环状通道生物学的重要贡献，重点介绍了促进环状通道扩张的机制。我们还介绍了可用于研究这些结构的可用且可靠的工具，以及如何将更现代的遗传学、成像、生化和生物信息学方法应用于卵室或其他组织或生物体中的环状通道研究。
引言
细胞间的通讯是多细胞生命的基本特征。虽然动物组织中的大多数细胞通过瞬时信号分子、间隙连接或接触介导的相互作用进行交流，但在某些发育过程中需要更持久和紧密的连接：即通过细胞间桥接实现直接的细胞质连续性。细胞间桥接结构在进化早期就已出现，可能是为了协调相连细胞的生长和分化。通过维持姐妹细胞之间的开放性微米级细胞质通道，细胞间桥接结构使得细胞器、RNA、蛋白质和其他细胞质成分得以共享，从而促进同步发育和资源分配。这一机制在生殖细胞中尤为明显，因为相连的生殖细胞协同作用产生功能性配子，而稳定的细胞间桥接对于协调细胞质共享、减数分裂和细胞命运决定至关重要。
在这篇综述中，我们将对环状通道结构的基本理解与最近关于其初始形成、稳定性和显著扩张的分子机制的发现结合起来。首先，我们将稳定的细胞间桥接结构置于整个动物界细胞间桥接生物学的大背景下进行讨论。随后，我们重点关注黑腹果蝇卵室中的特殊细胞间桥接结构——即环状通道，追踪其从有丝分裂过程中的改变开始组装，到形成稳定的环状通道，再到细胞骨架驱动的扩张的全过程。本文的主要焦点是调控这些结构变化的调控因子，并探讨了如何利用更先进的遗传学、成像、生化和生物信息学方法来研究卵室或其他组织或生物体中的环状通道。
细胞间桥接结构概述
细胞间桥接结构在生物学中的普遍存在
细胞间桥接结构在动物界中广泛存在，连接着不同发育和生理状态下的细胞（Chaigne和Brunet，2022）。早期对哺乳动物睾丸和果蝇卵巢的超微结构研究表明，存在一种稳定的细胞间桥接结构，表现为具有独特电子密度的环状通道（Burgos和Fawcett，1955；Koch和King，1969, 1966）。在果蝇中，这些结构
果蝇卵室作为细胞间桥接/环状通道生物学的模型
尽管超微结构和功能研究为细胞间桥接生物学提供了广泛见解，但我们对调控桥接结构形成、稳定性和重塑的分子机制的大部分理解来自于对黑腹果蝇卵巢的研究。特别是，发育中的果蝇卵室被证明是一个极其强大的模型，用于研究细胞间桥接的形成和功能。卵巢的解剖结构
果蝇生殖细胞中的有丝分裂及其改变
在大多数分裂的动物细胞中，有丝分裂以胞质分裂结束——这一膜分裂事件切断了新生子细胞之间的细胞间桥接。这种最终的分离由中体（midbody）协调完成，中体是一种在收缩环作用下形成的临时性细胞器，它将中央纺锤体微管及其相关蛋白质压缩成细胞间桥接中心的密集蛋白质结构（综述参见（D’Avino和Capalbo，2016；Kuriyama等
生殖干细胞分裂过程中的延迟胞质分裂和短暂环状通道形成
果蝇卵巢中的生殖干细胞进行不对称分裂，产生一个自我更新的干细胞和一个正在分化的囊胚细胞。在这些分裂过程中，有丝分裂通过收缩环完成，但胞质分裂被延迟到下一个细胞周期的S期，导致GSC（生殖干细胞）和囊胚细胞通过环状通道保持连接（de Cuevas和Spradling，1998；Matias等，2015）。关键的收缩环和相关中体结构中体重塑与稳定环状通道形成的启动
与生殖干细胞分裂过程中延迟但最终完成的胞质分裂不同，分化中的囊胚细胞分裂过程中胞质分裂并未完成。囊胚细胞在膜分裂前停止分裂，从而保留了姐妹细胞之间的稳定细胞质桥接。这种停止并非被动过程，而是伴随着中体核心的主动重塑，形成了环状通道的最初结构框架（Price等，2023）。与其被丢弃或果蝇卵子发生过程中环状通道的组装、成熟和扩张机制
卵子发生过程中卵室的发育进程使我们能够系统地分析环状通道从初始形成到晚期卵泡状态的形态变化。在讨论了不完全有丝分裂过程中产生环状通道的事件后，我们现在转向其随后的成熟过程。在中体重塑之后，环状通道经历一系列结构变化以准备扩张。在此成熟阶段，环状通道获得了肌动蛋白网络的重组和动态
一个关键差异在于肌动蛋白丝的重组。尽管肌动蛋白丝的数量没有变化（约720根，在第9阶段），但它们重新组织成类似渔网的网络结构（图4；Tilney等，1996）。促进这种网络重组的机制以及这种重组是否对环状通道的扩张必不可少尚不清楚。局部或选择性的肌动蛋白丝聚合或解聚可能对此结构变化有所贡献HtsRC基质的重塑
最近的研究表明，另一种环状通道成分HtsRC在环状通道扩张过程中必须经历空间调控的组装和解体。HtsRC是一种必需的成分，从区域2a开始被招募到环状通道中，并在整个卵子发生过程中起重要作用（Gerdes等，2020；Petrella等，2007；Yue和Spradling，1992）。有研究表明，HtsRC可能形成一种稳定的不溶性基质，该基质必须在管腔侧选择性解体以防止机械感应和皮质张力
激光消融实验表明，在第8阶段的卵黄发生开始时，滋养细胞质膜上的皮质张力会增加（Loyer等，2015）。因此预期环状通道上存在机械敏感蛋白。Cheerio含有多个免疫球蛋白（Ig）结构域，属于机械感应区域（MSR）；在张力作用下，隐藏的结合位点会被暴露出来。突变使Cheerio处于“开放”或“关闭”状态环状通道成熟和扩张需要翻译后修饰
尽管已知的结构性成分较少，环状通道仍能发生显著扩张，同时保持与滋养细胞膜的连接。这种扩张需要外径和内腔的协调生长。这种协调的缺陷可能导致环状通道阻塞、细胞质转移异常以及形成较小的、不可行的卵子。尽管滋养细胞内的基因表达可能存在发育调控的变化，磷酸化
磷酸化是一种常见的翻译后修饰，用于调节蛋白质的活性、定位和稳定性，特别是参与信号传导和细胞骨架重塑的蛋白质。在发育中的卵室中，已经鉴定出几种定位于生殖细胞环状通道的激酶，这些激酶对其生长和稳定性有贡献。然而，这些激酶的具体靶标、上游调控因子及其与其他结构和环状通道的异质性
尽管所有环状通道在卵子发生的后期阶段都会显著扩张，但最近的研究表明，基于谱系的结构性差异会影响其扩张的起始时间和速率。基于荧光的成像显示，四种类型的环状通道在初始大小上存在差异；这些差异可归因于收缩环的差异（Ong和Tan，2010）以及中体大小的差异（Price等，2023）。谱系还环状通道蛋白的可视化
果蝇研究社区生成了大量表达标记环状通道蛋白的转基因品系；其中许多可通过布卢明顿果蝇库存中心（BDSC）或京都库存中心获得（表2）。例如，Carnegie Protein Trap Library主要使用P元件基蛋白捕获载体生成了200多种内源性标记蛋白，包括定位在环状通道中的糖蛋白Visgun（图1、图2、图3；Buszczak等，2007利用GAL4/UAS系统进行生殖细胞敲除、过表达或突变
最广泛使用且多功能的是GAL4/UAS系统，用于操控雌性生殖细胞中的基因表达。该二元系统源自酵母，结合了组织特异性表达的GAL4转录激活因子和位于上游激活序列（UAS）下游的转基因。有多种针对生殖细胞的GAL4“驱动”品系，可在雌性生殖细胞中表达UAS转基因（表5），每种品系在卵子发生过程中具有不同的表达模式，使其SEED/HARVEST方法
基于CRISPR/Cas9的方法为果蝇提供了生成精确等位基因的新方法。两种互补策略——SEED（使用设计核酸酶进行位点特异性外显子切除）和HARVEST（利用各种外显子特异性模板进行同源性辅助重设计）——允许实现靶向删除和定制等位基因替换（Aguilar等，2024）。在SEED策略中，设计成对的sgRNA在目标基因组区域两侧进行切割结论
综上所述，这些研究将果蝇卵室确立为一个适合揭示细胞间桥接生物学普遍原理的模型——探讨桥接结构如何从有丝分裂的改变中形成，如何成熟为多层、机械耐受性强的结构，以及翻译后调控如何协调其显著扩张。新兴的异质性概念——基于谱系和在囊胚中的位置——表明环状通道并非均匀的通道，而是根据具体环境进行调整的CRediT作者贡献声明
Lindsay Lewellyn：撰写——综述与编辑、撰写——初稿、可视化、概念化。Kari Price：撰写——综述与编辑、撰写——初稿、概念化未引用的参考文献
Pennarossa等，2015；Sorkin等，2025。利益冲突声明
作者没有可能影响或偏倚本研究的任何财务或个人关系。致谢
我们感谢Maureen Lamb（BDSC）在库存相关信息（“研究环状通道的方法”和表2）方面提供的帮助。本工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）R15HD084243对LL的支持。本研究中使用的共聚焦显微镜的购买得到了NSF-MRI奖项#2116348的支持。本研究使用了来自布卢明顿果蝇库存中心（NIH P40OD018537）的库存。以下抗体也是从发育研究中获得的
