發(fā)布時間：2018-08-22 16:36

【摘要】：生物個體處于復(fù)雜多變的環(huán)境中,對環(huán)境做出正確的應(yīng)答才能更好的生存。動物感覺調(diào)控對其感受、行為以及生存非常重要。目前對傷害性刺激感受與回避行為的調(diào)控知之甚少。研究應(yīng)對外界有害刺激的反應(yīng)機制對理解生物體如何應(yīng)對復(fù)雜的環(huán)境具有重要意義。由于秀麗線蟲(Caenorhabditis elegans)生長周期短、通體透明、神經(jīng)系統(tǒng)簡單、易于遺傳操作等優(yōu)勢。在本文中,我們選取秀麗線蟲為研究對象,研究其傷害性感受的神經(jīng)回路以及分子機制。線蟲有12對頭感器感覺神經(jīng)元,它們分工明確。其中多模感覺神經(jīng)元ASH是感受傷害性和厭惡性刺激的主要神經(jīng)元,它能感受水溶性的刺激物如重金屬離子和奎寧、厭惡性氣體、溫度、機械刺激以及滲透壓刺激等。關(guān)于ASH神經(jīng)元介導(dǎo)的傷害性感受和回避行為的分子機制和神經(jīng)回路已有大量研究。感覺神經(jīng)元ASI是調(diào)節(jié)線蟲是否進入休眠期的關(guān)鍵神經(jīng)元,它能夠整合環(huán)境中線蟲生長密度、食物、C02的水平以及信息素等,有報道稱它還參與溫度以及厭惡性刺激反應(yīng)的調(diào)控。嗅覺神經(jīng)元AWC介導(dǎo)揮發(fā)性吸引氣味的感受和溫度感受,在AWCON神經(jīng)元中g(shù)cy-28作為開關(guān)基因可以切換對氣味的吸引性行為和排斥性行為。最近有文獻報道顯示AWCON作為中間神經(jīng)元介導(dǎo)高鹽感受。本文中我們對硫酸銅引起的線蟲回避行為做了詳細(xì)的運動學(xué)特性分析,結(jié)合在體鈣成像記錄、傳統(tǒng)的基因操作、神經(jīng)元特異性阻斷和失活、神經(jīng)元化學(xué)和遺傳學(xué)操作以及神經(jīng)元特異性敲低基因表達等方法,研究了線蟲感覺神經(jīng)元ASI和ASH介導(dǎo)傷害性感受和回避行為的分子機制和環(huán)路機制,以及嗅覺神經(jīng)元AWC接受ASI的信號參與調(diào)節(jié)傷害性感受。研究中我們發(fā)現(xiàn)了ASH和ASI感覺神經(jīng)元之間存在一個相互抑制的回路,即在硫酸銅刺激的初期,ASH起主導(dǎo)作用,它強烈興奮抑制了ASI的活性,與此同時ASI也抑制ASH的活性,從而防止線蟲的神經(jīng)元過度興奮以及產(chǎn)生過激的躲避行為。這種相互抑制的分子機制及神經(jīng)回路機制為：感覺神經(jīng)元ASI感受硫酸銅刺激后釋放神經(jīng)肽促進五羥色胺能感覺神經(jīng)元ADF釋放5-HT作用于感覺神經(jīng)元ASH上的SER-5受體,進而抑制ASH的活性；同時,ASH通過電突觸激活章魚胺能中間神經(jīng)元RIC釋放章魚胺作用于ASI上的SER-3受體,進而抑制ASI神經(jīng)元的活動。這是一種外周水平上的感受調(diào)節(jié),相比中樞神經(jīng)系統(tǒng)水平的感覺調(diào)控,外周神經(jīng)系統(tǒng)水平上的感受調(diào)節(jié)更加直接和快速,保證了線蟲對傷害性刺激做出迅速而不過于激烈的行為反應(yīng),使線蟲能夠更好的適應(yīng)環(huán)境,有利于它的生存。除此之外,我們還發(fā)現(xiàn)ASI通過AWC抑制對硫酸銅產(chǎn)生過度敏感的行為。這種調(diào)控的具體分子機制為：ASI感受硫酸銅刺激釋放神經(jīng)肽作用于AWCON上的DAF-2受體作用(其中AWCON起中間神經(jīng)元的功能),激活A(yù)WCON釋放谷氨酸和神經(jīng)肽,通過中間神經(jīng)元AIB或者其他神經(jīng)元整合信號,最終抑制線蟲對傷害性刺激的過度敏感,屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)水平的感覺調(diào)控。感覺神經(jīng)元ASI在傷害性感受和躲避行為中起了非常重要的作用,它通過兩條不同的信號通路抑制對傷害性刺激的過度敏感：一條是ASI通過ADF抑制ASH,降低ASH至AIB的信號,進而抑制對傷害刺激的過度敏感；另一條是ASI促進AWCON釋放谷氨酸和神經(jīng)肽抑制線蟲的超敏感行為。
[Abstract]:Animal sensory regulation is very important to their feelings, behavior and survival. At present, little is known about the regulation of noxious stimulus perception and avoidance behavior. Complex environments are important. Because of the short growth cycle, transparent whole body, simple nervous system and easy genetic manipulation, Caenorhabditis elegans has 12 pairs of sensory nerves. Among them, multimodal sensory neurons (ASH) are the main neurons that sense nociceptive and aversive stimuli. It can sense water-soluble stimuli such as heavy metal ions and quinine, aversive gases, temperature, mechanical stimuli and osmotic pressure stimuli. Molecular mechanisms of nociceptive and avoidance behaviors mediated by ASH neurons Sensory neuron ASI is a key neuron that regulates whether a nematode enters dormancy. It integrates nematode growth density, food, C02 levels and pheromones in the environment. It has also been reported to be involved in the regulation of temperature and aversive stimulus responses. AWC mediates volatile attraction. In AWCON neurons, gcy-28 as a switch gene can switch the attractant and repulsive behavior to odor. Recently, it has been reported that AWCON acts as an intermediate neuron mediating hypersaline sensation. In vivo calcium imaging, traditional gene manipulation, neuron specific blockade and inactivation, neurochemical and genetic manipulation, and neuronal specific knockdown of gene expression were used to study the molecular mechanism and loop mechanism of ASI and ASH-mediated nociceptive and avoidance behavior in nematode sensory neurons, and the AWC junction of olfactory neurons. In this study, we found that there is a reciprocal inhibitory pathway between ASH and ASI sensory neurons, that is, in the early stage of copper sulfate stimulation, ASH plays a dominant role, which strongly excites and inhibits the activity of ASI. At the same time, ASI also inhibits the activity of ASH, thus preventing the over-excitation of nematode neurons. The molecular mechanism and neural circuit mechanism of this mutual inhibition are: sensory neuron ASI senses copper sulfate stimulation and releases neuropeptides to stimulate serotonin-responsive neuron ADF to release 5-HT on the SER-5 receptor of sensory neuron ASH, and then inhibits the activity of ASH; at the same time, ASH through the electrical synapse; Activating the RIC of the octophinergic intermediate neurons releases octophine on the SER-3 receptor on ASI and inhibits the activity of ASI neurons. This is a peripheral level sensory regulation, which is more direct and faster than the central nervous system level sensory regulation, and guarantees that the nematode infects the noxious spine. In addition, we also found that ASI inhibited excessive sensitivity to copper sulfate through AWC. The specific molecular mechanism of this regulation is that ASI sensed copper sulfate-stimulated release of neuropeptide DAF-2 on AWCON. AWCON acts as an intermediate neuron, activates AWCON to release glutamate and neuropeptides, integrates signals with AIB or other neurons, and ultimately inhibits the hypersensitivity of nematodes to noxious stimuli. It belongs to sensory regulation at the level of the central nervous system. Sensory neuron ASI is involved in noxious sensation and avoidance behavior. It plays an important role in inhibiting hypersensitivity to nociceptive stimuli through two different signaling pathways: one is that ASI inhibits ASH through ADF, lowers ASH to AIB signals, and then inhibits hypersensitivity to nociceptive stimuli; the other is that ASI promotes the release of glutamate and neuropeptides from AWCON to inhibit the hypersensitivity of nematodes.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q42

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本文編號：2197692