上海生科院揭示果蠅幼蟲機械性傷害刺激感受的分子機制

　　11月6日，中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所王佐仁研究組在Cell Reports 學術期刊在線發表了題為《PPK26在果蠅幼蟲機械性傷害刺激感受中的作用》的研究文章。該工作通過遺傳操作、免疫組化以及行為學等實驗揭示了DEG/ENaC通道家族成員PPK26分子在果蠅幼蟲機械性傷害刺激感受中的作用。

　　機械感受，包括聽覺、觸覺、平衡覺、機械性傷害刺激感受 (mechanical nociception) 等，對動物的生存至關重要。機械轉導由機械門控的離子通道（mechano-gated ion channel）所介導。盡管機械門控離子通道的概念幾十年前就已提出，但已知的機械門控離子通道仍然很少。機械性的傷害刺激由多模態的傷害性刺激感受器（polymodal nociceptor）所感受。在果蠅幼蟲外周感覺系統中，第四類樹突分支神經元（class IV dendritic arborization neuron）即為多模態的傷害性感受器。在分子水平上，以前的研究發現，PPK、Pain和Piezo離子通道在第四類樹突分支神經元中參與傷害性機械刺激的感受。

　　為研究機械轉導的分子機制，王佐仁研究組以果蠅幼蟲為模型，通過系統進化分析、表達模式篩選、遺傳操作以及行為學檢測等發現PPK26參與機械性傷害刺激的感受。該研究通過GAL4/UAS雙表達系統、免疫組織化學以及行為學等實驗手段發現內源PPK26蛋白特異地表達在果蠅幼蟲外周第四類樹突分支神經元中，并且定位于細胞膜和樹突上。該工作進一步利用基因敲除、RNA干擾、基因回復等遺傳操作手段，結合行為學檢測，發現ppk26 在第四類樹突分支神經元中特異地參與傷害性機械刺激感受，而并不影響傷害性熱刺激的感受。由于傷害性機械刺激感受和傷害性熱刺激感受在果蠅幼蟲中都由第四類樹突分支神經元所介導并且都引起相同的翻滾行為（rolling behavior），上述結果提示ppk26的突變并不會影響第四類樹突分支神經元的形態發育、突觸傳遞以及內在特性等，也不影響翻滾行為的運動輸出。這些結果提示PPK26可能在第四類樹突分支神經元中參與機械轉導。

　　此外，通過遺傳互作（genetic interaction）實驗該研究發現PPK26和PPK在傷害性機械刺激感受中位于同一條通路中，而Piezo則在另外一條不同的通路中發揮作用。與此相一致，該工作還發現PPK26 和PPK 的細胞膜定位是相互依賴的并且二者并不影響彼此的表達；相反，Piezo 則并不影響PPK26 和PPK的細胞膜定位。PPK26和PPK在果蠅幼蟲機械性傷害刺激感受中的作用模式可以為哺乳類機械感受的研究提供新的思路。

　　該課題由博士生郭延猛、王玉萍等人在王佐仁研究員的指導下合作完成。該工作得到了中科院戰略先導（B）項目(XDB02010005)以及科技部“973”項目(2011CBA0040)的支持。作者感謝賽諾菲-中科院上海生科院優秀人才獎勵基金的資助。