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《Cell Reports》学术期刊发表神经所关于果蝇幼虫机械性伤害刺激感受分子机制的研究成果
发布日期:2014-11-06    浏览次数:494

2014年11月06日,中科院上海生命科学研究院神经科学研究所王佐仁研究组在《Cell Reports》学术期刊在线发表了题为《PPK26在果蝇幼虫机械性伤害刺激感受中的作用》的研究文章。该工作通过遗传操作、免疫组化、以及行为学等实验揭示了DEG/ENaC通道家族成员PPK26分子在果蝇幼虫机械性伤害刺激感受中的作用。

机械感受,包括听觉、触觉、平衡觉、机械性伤害刺激感受(mechanical nociception)等,对动物的生存至关重要。机械转导由机械门控的离子通道(mechano-gated ion channel)所介导。尽管机械门控离子通道的概念几十年前就已提出,但已知的机械门控离子通道仍然很少。机械性的伤害刺激由多模态的伤害性刺激感受器(polymodal nociceptor)所感受。在果蝇幼虫外周感觉系统中,第四类树突分支神经元(class IV dendritic arborization neuron)即为多模态的伤害性感受器。在分子水平上,以前的研究发现,PPK、Pain和Piezo离子通道在第四类树突分支神经元中参与伤害性机械刺激的感受。

为研究机械转导的分子机制,王佐仁研究组以果蝇幼虫为模型,通过系统进化分析、表达模式筛选、遗传操作以及行为学检测等发现PPK26参与机械性伤害刺激的感受。该研究通过GAL4/UAS双表达系统、免疫组织化学以及行为学等实验手段发现内源PPK26蛋白特异地表达在果蝇幼虫外周第四类树突分支神经元中,并且定位于细胞膜和树突上。进一步,利用基因敲除、RNA干扰、基因回复等遗传操作手段,结合行为学检测,该工作发现ppk26在第四类树突分支神经元中特异地参与伤害性机械刺激感受,而并不影响伤害性热刺激的感受。由于伤害性机械刺激感受和伤害性热刺激感受在果蝇幼虫中都由第四类树突分支神经元所介导并且都引起相同的翻滚行为(rolling behavior),上述结果提示ppk26的突变并不会影响第四类树突分支神经元的形态发育、突触传递以及内在特性等,也不影响翻滚行为的运动输出。这些结果提示PPK26可能在第四类树突分支神经元中参与机械转导。

此外,通过遗传互作(genetic interaction)实验该研究发现PPK26和PPK在伤害性机械刺激感受中位于同一条通路中,而Piezo则在另外一条不同的通路中发挥作用。与此相一致,该工作还发现PPK26 和PPK 的细胞膜定位是相互依赖的并且二者并不影响彼此的表达;相反,Piezo 则并不影响PPK26 和PPK的细胞膜定位。PPK26和PPK在果蝇幼虫机械性伤害刺激感受中的作用模式可以为哺乳类机械感受的研究提供新的思路。

该课题由博士生郭延猛、王玉萍等人在王佐仁研究员的指导下合作完成。该工作得到了中科院战略先导(B)项目(XDB02010005)以及科技部973项目(2011CBA0040)的支持。作者感谢赛诺菲-中科院上海生科院优秀人才奖励基金的资助。


左:ppk26突变体果蝇幼虫对机械性伤害刺激的行为反应比率显著降低,且PPK不能转运至细胞膜。

中:野生型果蝇幼虫对机械性伤害刺激表现出翻滚行为。

右:ppk突变体果蝇幼虫对机械性伤害刺激的行为反应比率显著降低,且PPK26不能转运至细胞膜。