冷覺通過(guò)激活胰島素生成細(xì)胞調(diào)節(jié)果蠅體型大小.pdf

1、環(huán)境因素對(duì)個(gè)體發(fā)育的影響是一個(gè)經(jīng)久不衰的研究命題，在眾多因素中，氣候的變更，溫度的變化無(wú)處不在，它對(duì)動(dòng)物個(gè)體發(fā)育乃至種群進(jìn)化產(chǎn)生巨大的影響。19世紀(jì)，德國(guó)生物學(xué)家Carl Bergmann發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物個(gè)體的體型與生存地區(qū)緯度呈正相關(guān)關(guān)系，緯度越高，溫度越寒冷的地區(qū)，動(dòng)物個(gè)體體型越大，緯度越低，溫度越溫暖的地區(qū)，動(dòng)物個(gè)體體型越小。這就是著名的Bergmann's rule，它總結(jié)了生存溫度對(duì)溫血?jiǎng)游矬w型影響的一般規(guī)律。在非脊椎動(dòng)物中，動(dòng)物體

2、形與溫度呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系更加普遍存在，我們稱之為溫度體形規(guī)律(Temperature-SizeRule,TSR)。從19世紀(jì)初開始，人們對(duì)各種動(dòng)物進(jìn)行研究和考察，嘗試解釋溫度影響動(dòng)物體型的原因，至今我們對(duì)其分子細(xì)胞機(jī)制仍然知之甚少。模式動(dòng)物果蠅是用來(lái)研究溫度影響體型規(guī)律的良好載體，早在1940年，人們已經(jīng)開始利用果蠅研究溫度影響體型的規(guī)律，果蠅在其適宜的生存溫度范圍內(nèi)，成熟體的體型大小具有強(qiáng)烈的溫度可塑性，比如低溫環(huán)境(18℃)下飼養(yǎng)的果

3、蠅的體型比在高溫環(huán)境(25℃)下飼養(yǎng)的果蠅大10％左右。果蠅幼蟲階段是發(fā)育積累并決定成熟體體型大小的決定性階段，于是我們主要研究幼蟲的發(fā)育機(jī)制。果蠅幼蟲與成蟲一樣，具有豐富的感知系統(tǒng)，包括化學(xué)感知、機(jī)械感知、溫度感知等。在幼蟲外周分布著豐富的初級(jí)感知神經(jīng)元，它們投射到腦中央神經(jīng)元形成簡(jiǎn)單且功能齊全的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。初級(jí)感知神經(jīng)元是動(dòng)物感知外界環(huán)境因素（溫度）的必經(jīng)之路，我們以研究果蠅幼蟲的溫度感知神經(jīng)系統(tǒng)為立足點(diǎn)，以人工操控神經(jīng)元的興奮性為手

4、段，結(jié)合基本的細(xì)胞分子檢測(cè)方法研究溫度影響個(gè)體發(fā)育的機(jī)制。
　　果蠅胰島素是調(diào)節(jié)幼蟲發(fā)育的關(guān)鍵分子之一并且具有物種保守性，主要的幾個(gè)果蠅胰島素由胰島素生成細(xì)胞IPCs(insulin producing cells)，一個(gè)分泌性神經(jīng)元，合成與分泌。我們發(fā)現(xiàn)阻斷IPCs可以消除低溫促進(jìn)幼蟲體型增大的影響，而激活I(lǐng)PCs則可以促進(jìn)幼蟲體型增加，通過(guò)在體鈣成像實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)低溫刺激可以興奮IPCs，通過(guò)熒光定量PCR，免疫組織化學(xué)和免疫

5、印記實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)低溫可以促進(jìn)其中的果蠅胰島素RNA的合成和胰島素的分泌。說(shuō)明IPCs做為一個(gè)發(fā)育調(diào)控關(guān)鍵細(xì)胞和一個(gè)低溫興奮性神經(jīng)元在低溫促進(jìn)幼蟲發(fā)育過(guò)程中的重要性。
　　更進(jìn)一步，我們通過(guò)篩選得到一個(gè)標(biāo)記果蠅頭部神經(jīng)元的11216-Gal4品系，在體鈣成像實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明，低溫刺激可以激活11216-Gal4標(biāo)記的神經(jīng)元，通過(guò)鑒定和比對(duì)，我們確認(rèn)這些神經(jīng)元為幼蟲的初級(jí)冷覺感知神經(jīng)元。我們利用GRASP(GFP reconstitu

6、tion across synaptic partners)技術(shù)，證明這些11216-Gal4標(biāo)記的初級(jí)冷覺感知神經(jīng)元的軸突與IPCs的樹突形成物理上的突觸聯(lián)系;利用光遺傳結(jié)合鈣成像的方法，我們發(fā)現(xiàn)激活11216-Gal4標(biāo)記的初級(jí)冷覺感知神經(jīng)元可以激活I(lǐng)PCs，說(shuō)明這兩群神經(jīng)元形成功能性的神經(jīng)環(huán)路。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，激活11216-Gal4標(biāo)記的初級(jí)冷覺感知神經(jīng)元可以促進(jìn)IPCs中的果蠅胰島素RNA的合成和胰島素的分泌，并且導(dǎo)致果蠅的體型