在生物的發育過程中，每一個器官應該長到多大，受到精密的調控。一個器官的大小，決定於下列三者：（1）細胞分裂的調控，決定多少細胞的產生；（2）細胞凋亡的調控，決定多少細胞的死亡；（3）每個細胞的體積大小。一個器官的大小必須與全身其餘部分相互協調，要不然一個小小身體，長了一個很大的心臟，或是左腿比右腿長二十公分，都不相配。全身性的調控，可以由一些賀爾蒙（例如生長激素）來負責，透過血液，運送到全身的細胞，影響所有細胞的分裂或增長。但是很顯然的，在相同的賀爾蒙刺激下，不同的組織器官還是有不一樣的反應，身體不同部位的生長速度也會不一樣，腿的長骨可以增長許多，頭的大小卻變化沒有那麼大。每個器官顯然具有局部調控生長的機制。我們實驗室就以果蠅的複眼作為研究對象，探討這樣一個器官的細胞分裂是如何受到調控。

我們實驗室找到一個果蠅基因的突變種，複眼變得很小，這基因命名為eye gone (eyg)，顧名思義，當它突變壞掉，眼睛就沒了(gone)。複眼變小，可能因為以上所說的幾種原因，因此我們先檢驗了eyg突變種的複眼，發現每個細胞的大小正常，但是細胞的數目卻變少。複眼發育的早期只是一片組織，像個圓盤，稱為眼碟(eye disc)。在eyg果蠅幼蟲中，眼碟的細胞數目就已經明顯地變少，顯示可能不是過多的細胞凋亡，而是細胞的分裂減少。利用表現一個p35轉殖基因的方式去阻擋細胞凋亡，也不能使eyg的複眼變大，進一步顯示細胞凋亡不是複眼變小的主因。在複眼發育過程中，當我們把eyg基因利用轉殖基因的方法使它在少數細胞中的表現量提高，可觀察到這些細胞會增生，顯示eyg的確可以促使細胞分裂。

eyg基因並非表現在眼碟中所有細胞，而只表現在眼碟的背腹中線位置。幾年前就有研究顯示眼碟的背側(dorsal)與腹側(ventral)交會的邊界（背腹中線）很重要，這兩群細胞的接觸，使得背腹中線的Notch蛋白被激活，促進眼碟的細胞分裂。Notch如果功能被阻擋，複眼就長不出來，與eyg突變株的性狀類似。Notch 是個細胞表面的受體，被激活後，會進入細胞核中，影響其標的基因(target gene)的表現。eyg表現於眼碟的位置，正是Notch被活化的位置，所以我們推測eyg可能是Notch的下游基因，受到Notch的調控。實驗的確證實了這樣的關係。我們更進一步發現Notch的活化，如果在eyg的突變株中，就發揮不了作用，顯示Notch促進細胞分裂的作用需要透過eyg。如果阻擋Notch的功能，但同時誘使eyg表現，此時複眼可以正常發育，這也進一步證實Notch對複眼細胞分裂的的作用主要是透過促進eyg的表現，所以只要有eyg的表現，就可以取代Notch的所有功能。

有趣的是，雖然Notch只在眼碟部分細胞（腹背中線的細胞）中被激活，卻能影響整個眼碟中細胞的分裂。合理的推論是Notch應該透過某個標的基因去造成這樣全面的影響。我們雖然發現Notch的主要標的基因是eyg，但是eyg蛋白是個轉錄因子，也只能在表現它的腹背中線細胞的細胞核中作用，不能直接影響到遠處的細胞。所以我們預期eyg應該誘發某個標的基因的轉錄表現，而這個標的基因可能是一個信號分子，能夠分泌到細胞外面，擴散到遠距離，從而影響整個眼碟的細胞分裂。運氣很好的是我們另外在研究的一個基因unpaired (upd)就符合了這些預期的條件。

我們原本對upd的興趣是因為它表現在眼碟後緣的中點，這也正是背腹中線與後緣的交界之處。我們發現在Notch或eyg的突變株中，upd的表現會減少，如果誘使Notch或eyg的表現，也可以造成upd的表現，顯示upd受到Notch和Eyg的調控。但是Notch和eyg對upd 的調控是能發生在眼碟的後緣，顯示還需要一個只表現在眼碟後緣的因子與Notch或Eyg合作，才能促使upd表現。這些實驗結果顯示upd是eyg的下游基因。upd突變株的複眼會變小（見圖B），我們發現這是因為細胞分裂的減少，而不是因為細胞凋零的增加，也不是因為細胞大小的改變。這樣的作用跟Notch與eyg的作用很類似。如果誘使upd在眼碟中表現，複眼會長得很大（見圖C），細胞數目明顯增加，進行分裂的細胞數目也明顯增加，顯示upd的確會促進細胞分裂。在Notch或eyg的突變株當中，如果誘使upd表現，可以讓原本消失的複眼長回接近正常的大小，顯示eyg的功能主要是透過upd來達成。這一連串的實驗結果建立了Notch→eyg→upd的上下游關係。（這部分的結果主要為博士生趙如蘭的博士論文研究，發表在Developpment131:3839-3847, 2004）

上圖為(A)正常果蠅的複眼， (B)upd突變株的複眼變小， (C)upd超量表現使複眼變大， (D)一個新基因與upd共同表現時大幅促進複眼細胞增生。

Upd只在眼碟後緣的中心點表現，表現區域比eyg還要侷限，如何能夠促進眼碟全面的細胞分裂呢？Upd是個會被細胞分泌出去的蛋白，已知它會作用在特定的受體Domeless上，然後訊號經過Jak及STAT傳到細胞核。所以我們預期Upd蛋白可以擴散到遠距離，從而影響其他細胞的分裂。要偵測Upd蛋白是否真能擴散到遠距離，技術上並不容易。我們將upd基因後面接了一段綠螢光蛋白（Green fluorescence protein, GFP）基因，然後將這基因送入果蠅，再誘使這轉殖基因表現。由於Upd蛋白接上綠螢光蛋白，就可以藉著綠螢光蛋白來追蹤Upd蛋白的分布。利用這種方式，可以觀測到Upd蛋白可以從表現它的細胞向外分布到大約二十個細胞的遠距。我們也發現如果在部分細胞中誘使upd表現，的確可促進周邊細胞的分裂，而且作用的範圍跟Upd蛋白的分布範圍大致符合。所以我們的實驗顯示Upd在正常複眼發育過程中，可能由眼碟後緣的中心點表現出來，向外散播到相當遠的距離，從而影響整個眼碟的細胞分裂。（這部分為博士生蔡玉真的博士論文研究工作，發表在Genesis39:141-153, 2004）

綜合upd與Notch及eyg的關係，我們的結果顯示只在局部活化的Notch，透過誘發表現eyg，引起upd的局部表現，但是因為Upd蛋白可以遠距離的分布，所以可以全面性的影響眼碟的細胞分裂。這解釋了何以局部的訊號可以全面的控制整個器官的細胞分裂。像Upd這樣的一種訊號，不是全身性的調控訊號，但是很適合作為協調控制一個器官內的細胞分裂。

細胞分裂的調控還很複雜，例如眼碟中有些細胞對Upd沒有反應，我們正在探討Upd訊號何以在這些細胞中無法作用，可能是缺乏某些因子。目前找到幾個基因可以影響upd的作用，例如大幅增強Upd對複眼細胞增生的作用，當兩者一起表現時，複眼的細胞增加許多，以致產生縐折（見圖D）。對這些基因的研究，可以增加我們對細胞分裂調控機制的瞭解。