生物单胺(多巴胺和血清素等分子)因其作为大脑的使者在身体中传达情绪、学习和记忆、压力机制和战斗或逃跑反应而闻名。

但这些神经递质早在大脑出现在进化树上之前就存在于自然界中。它们在植物、细菌和单细胞生物中也很普遍，但它们的功能却不太为人所知。

莫格里奇研究所的科学家为单胺增加了另一项任务。它们在涡虫的生殖器官中发挥着重要作用，似乎对雌性和雄性生殖细胞(产生卵子和精子的细胞)的发育都至关重要。

莫格里奇的再生生物学团队在《美国科学院院刊》(PNAS)上撰文指出，此类信号传递器不仅仅是来自涡虫大脑的信号，它们还高度集中于调节生殖细胞发育的体细胞生殖腺细胞中。

“我们对此感到非常兴奋，因为它展示了从微环境到生殖细胞信号传导的新范式，”该研究的主要作者、研究员梅兰妮·伊斯哥尼斯(MelanieIssigonis)说。

这一令人惊讶的发现始于2022年发表的另一项研究，该研究由前研究生UmairKhan和Morgridge研究员PhilNewmark(也是霍华德休斯医学研究所的研究员)发表。他们着手表征涡虫(雌雄同体)卵巢和睾丸的转录组，并生成了一长串在卵巢中富集表达的基因。

其中最热门的结果是芳香族L-氨基酸脱羧酶(AADC)，这是一种进化上保守的酶，对制造单胺类物质至关重要。

他们感到困惑，认为样本被周围脑组织污染了，但后续研究证实了这一发现。Khan随后抑制了aadc基因的表达，以研究其在生殖系统发育中的作用。

“当他在有性生殖的涡虫中敲除这种酶时，其表型令人惊奇，”伊斯哥尼斯说。“卵巢消失了。事实上，整个雌性生殖系统被完全切除。”

Issigonis表示，睾丸的情况则相反。在正常的睾丸中，如果你像切西瓜一样切开它们​​，你会发现干细胞像果皮一样沿着边缘分布，但产生的干细胞数量很少。“当Umair敲除aadc时，睾丸中完全充满了生殖系干细胞，”她说。“没有精子产生;睾丸中基本上充满了生殖细胞肿瘤。”

Issigonis的后续研究试图回答两个问题：AADC制造哪种单胺，它来自哪里?他们通过对围绕和支持生殖细胞的“微环境”中的体细胞进行单细胞RNA测序来寻找答案。

在体细胞中，他们发现aadc和另一个基因nrps的表达丰富，后者编码一种非核糖体肽合成酶(NRPS)。这很引人注目，因为与aadc不同，nrps仅在生殖系统中表达，而不是在神经元中表达。

然后，当他们敲除有性涡虫中的nrps时，他们发现了与aadc被抑制时观察到的相同表型：雌性系统彻底崩溃，雄性生殖细胞急剧积累。

这是AADC和NRPS协同作用的重要线索。德克萨斯大学西南医学中心的RuiChen和JimCollins的同事通过进一步的质谱分析，提供了这两种酶正在生成β-丙氨酰色胺(BATT)的证据，这种物质由与单胺色胺结合的β-丙氨酸组成。

柯林斯实验室发现，血吸虫(涡虫的寄生近亲)的雄性会产生BATT来刺激雌性产卵。

这种化合物被昵称为“BATT信号”，因为漫画中蝙蝠侠使用蝙蝠形天窗来召唤蝙蝠侠。这种信号在涡虫中也清晰可见。研究小组发现，当涡虫达到性成熟并拥有成熟的生殖器官时，BATT含量非常丰富。

“我们当时想，哇，有性动物会产生这么多BATT，”她说。“事实上，当我们降低nrps或aadc时，BATT就消失了。这说明我们走在了正确的道路上。”

这项研究和柯林斯实验室对血吸虫的研究都表明，β-丙氨酰单胺结合物可以作为重要的信号。由于NRPS酶存在于整个动物界，这表明新型单胺结合物也可能在其他动物中充当信号分子。

下一步是了解这些新信号如何发挥作用。