冷覺通過激活胰島素生成細胞調(diào)節(jié)果蠅體型大小.pdf

1、環(huán)境因素對個體發(fā)育的影響是一個經(jīng)久不衰的研究命題，在眾多因素中，氣候的變更，溫度的變化無處不在，它對動物個體發(fā)育乃至種群進化產(chǎn)生巨大的影響。19世紀，德國生物學家Carl Bergmann發(fā)現(xiàn)，動物個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)，動物個體體型越大，緯度越低，溫度越溫暖的地區(qū)，動物個體體型越小。這就是著名的Bergmann's rule，它總結(jié)了生存溫度對溫血動物體型影響的一般規(guī)律。在非脊椎動物中，動物體

2、形與溫度呈負相關(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世紀初開始，人們對各種動物進行研究和考察，嘗試解釋溫度影響動物體型的原因，至今我們對其分子細胞機制仍然知之甚少。模式動物果蠅是用來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)育機制。果蠅幼蟲與成蟲一樣，具有豐富的感知系統(tǒng)，包括化學感知、機械感知、溫度感知等。在幼蟲外周分布著豐富的初級感知神經(jīng)元，它們投射到腦中央神經(jīng)元形成簡單且功能齊全的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。初級感知神經(jīng)元是動物感知外界環(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，以人工操控神經(jīng)元的興奮性為手

4、段，結(jié)合基本的細胞分子檢測方法研究溫度影響個體發(fā)育的機制。
　　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，主要的幾個果蠅胰島素由胰島素生成細胞IPCs(insulin producing cells)，一個分泌性神經(jīng)元，合成與分泌。我們發(fā)現(xiàn)阻斷IPCs可以消除低溫促進幼蟲體型增大的影響，而激活I(lǐng)PCs則可以促進幼蟲體型增加，通過在體鈣成像實驗，我們發(fā)現(xiàn)低溫刺激可以興奮IPCs，通過熒光定量PCR，免疫組織化學和免疫

5、印記實驗，我們發(fā)現(xiàn)低溫可以促進其中的果蠅胰島素RNA的合成和胰島素的分泌。說明IPCs做為一個發(fā)育調(diào)控關(guān)鍵細胞和一個低溫興奮性神經(jīng)元在低溫促進幼蟲發(fā)育過程中的重要性。
　　更進一步，我們通過篩選得到一個標記果蠅頭部神經(jīng)元的11216-Gal4品系，在體鈣成像實驗的數(shù)據(jù)表明，低溫刺激可以激活11216-Gal4標記的神經(jīng)元，通過鑒定和比對，我們確認這些神經(jīng)元為幼蟲的初級冷覺感知神經(jīng)元。我們利用GRASP(GFP reconstitu

6、tion across synaptic partners)技術(shù)，證明這些11216-Gal4標記的初級冷覺感知神經(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標記的初級冷覺感知神經(jīng)元可以激活I(lǐng)PCs，說明這兩群神經(jīng)元形成功能性的神經(jīng)環(huán)路。同時我們發(fā)現(xiàn)，激活11216-Gal4標記的初級冷覺感知神經(jīng)元可以促進IPCs中的果蠅胰島素RNA的合成和胰島素的分泌，并且導致果蠅的體型