谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)子對秀麗線蟲感覺信號整合調(diào)控的研究.pdf

1、背景：感覺信號整合是神經(jīng)系統(tǒng)的重要功能，但是其具體的分子機(jī)制尚不完全了解。谷氨酸作為脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)之一，廣泛參與了學(xué)習(xí)、記憶等認(rèn)知行為。神經(jīng)系統(tǒng)中谷氨酸的動(dòng)態(tài)平衡對于維持信號傳導(dǎo)和避免興奮性神經(jīng)元毒性都是必需的。 目的：本研究利用模式動(dòng)物秀麗線蟲為研究對象，試圖闡釋谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)子對秀麗線蟲中感覺信號調(diào)控的分子機(jī)制。 方法：利用銅離子和丁二酮兩種矛盾信號構(gòu)建的感覺信號整合模型、以及溫度趨向性學(xué)

2、習(xí)模型和化學(xué)趨向性學(xué)習(xí)模型考察轉(zhuǎn)運(yùn)子蛋白是否影響動(dòng)物的感覺信號整合能力和學(xué)習(xí)能力。以外源施加谷氨酸和在突變體背景下表達(dá)相應(yīng)基因片段考察對感覺信號整合和學(xué)習(xí)能力缺陷的恢復(fù)作用。通過在野生型背景下過表達(dá)、以及突變體背景下于ASE、AWA和AIY神經(jīng)元異位表達(dá)和熱激誘導(dǎo)基因在不同發(fā)育時(shí)期表達(dá)來對基因功能進(jìn)行進(jìn)一步分析。通過構(gòu)建與已知感覺信號整合調(diào)控基因之間的雙突變體考察基因之間的遺傳通路。并通過熒光照相技術(shù)考察突變體背景下神經(jīng)系統(tǒng)和特定感覺神

3、經(jīng)元發(fā)育狀況。 結(jié)果：在丁二酮和銅離子構(gòu)建的矛盾信號整合模型中，表達(dá)于前突觸的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)子基因eat-4突變導(dǎo)致動(dòng)物表現(xiàn)出感覺信號整合系數(shù)顯著降低的表型，由于突變體對丁二酮、銅離子、饑餓的感知和運(yùn)動(dòng)能力不存在缺陷，確認(rèn)了EAT-4參與了感覺信號整合調(diào)控。同時(shí)發(fā)現(xiàn)eat-4突變導(dǎo)致溫度趨向性或化學(xué)趨向性介導(dǎo)的學(xué)習(xí)行為缺陷。外源施加谷氨酸能部分恢復(fù)eat-4突變體感覺信號整合和學(xué)習(xí)能力。通過分段表達(dá)eat-4基因證實(shí)Pfam結(jié)構(gòu)域

4、對于該基因發(fā)揮相應(yīng)功能具有核心調(diào)控作用。eat-4的過表達(dá)可以提高動(dòng)物感覺信號整合能力、以及溫度趨向性和化學(xué)趨向性介導(dǎo)的學(xué)習(xí)行為能力。eat-4異位表達(dá)在ASE和AWA神經(jīng)元可以對eat-4突變體動(dòng)物的感覺信號整合和學(xué)習(xí)行為缺陷起到有限的恢復(fù)效應(yīng)，在AIY異位表達(dá)則沒有明顯恢復(fù)作用。EAT-4對感覺信號整合的調(diào)控經(jīng)由的是一條區(qū)別于HEN-1或TTX-3的遺傳通路。EAT-4在線蟲發(fā)育晚期激活可以恢復(fù)eat-4突變體動(dòng)物的感覺信號整合和學(xué)

5、習(xí)缺陷。而且，eat-4突變并不影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。 表達(dá)于分泌管細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)子基因glt-3、glt-6和glt-7基因突變也導(dǎo)致動(dòng)物表現(xiàn)出感覺信號整合系數(shù)顯著降低的表型，并導(dǎo)致溫度趨向性或化學(xué)趨向性介導(dǎo)的學(xué)習(xí)行為缺陷。外源施加谷氨酸能部分恢復(fù)glt-3、glt-6和glt-7突變體感覺信號整合和學(xué)習(xí)能力。通過分段表達(dá)glt-3、glt-6和glt-7基因證實(shí)Pfam結(jié)構(gòu)域?qū)τ谠摶虬l(fā)揮相應(yīng)功能具有核心調(diào)控作用。glt-3、g

6、lt-6和glt-7的過表達(dá)可以提高動(dòng)物感覺信號整合能力、以及溫度趨向性和化學(xué)趨向性介導(dǎo)的學(xué)習(xí)行為能力。glt-3、glt-6和glt-7異位表達(dá)在AIY神經(jīng)元可以對glt-3、glt-6和glt-7突變體動(dòng)物的感覺信號整合和學(xué)習(xí)行為缺陷起到有限的恢復(fù)效應(yīng)，而異位表達(dá)于ASE和AWA則沒有明顯恢復(fù)作用。遺傳上，GLT-3、GLT-6和GLT-7介導(dǎo)不同于HEN-1或TTX-3感覺信號調(diào)控通路。GLT-3、GLT-6和GLT-7在線蟲發(fā)育