线虫进食行为的神经信号及神经回路研究

论文摘要

本研究以秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）为实验材料,通过计算线虫咽部泵动的速率来检测线虫进食行为。利用反向遗传学和行为筛选,结果发现ADF感觉神经元合成释放的五羟色胺信号具有重要作用,然后通过筛选五羟色胺受体找到一种五羟色胺门控氯离子通道受体MOD-1参与到线虫的进食行为调控。MOD-1表达在多个神经元,经过进一步筛选我们发现MOD-1在RIC中间神经元表达,不仅可以恢复MOD-1缺陷线虫的进食行为,也可以使RIC神经元的钙信号水平恢复到野生线虫水平。同时MOD-1缺陷线虫RIC中间神经元对食物的钙信号强烈增加表明氯离子通道MOD-1抑制RIC中间神经元的活性。这些结果表明ADF神经元释放五羟色胺作用于RIC神经元上MOD-1受体,从而抑制RIC神经元的活性。RIC中间神经元是线虫唯一合成并释放章胺的神经元,通过筛选章胺受体缺陷线虫的咽部泵动行为,结果表明SER-3缺陷线虫仅在正常进食时咽部泵动速率相比野生线虫增加,SER-6缺陷线虫仅在饥饿状态下咽部泵动相比野生线虫减少。转基因恢复实验表明SER-3功能性表达在SIA中间神经元,而SER-6作用于AWB感觉神经元。另外,通过测量RIC神经元下游神经元的钙信号,结果发现章胺受体SER-6作用于AWB感觉神经元,SER-6基因缺陷和RIC功能缺陷均使AWB神经元钙信号减少,并且在AWB神经元表达SER-6时钙信号恢复到野生线虫水平。下一步,通过钙信号测量发现AWB感觉神经元正向作用于ADF感觉神经元。因此,我们发现两个神经回路,一个是前馈神经回路ADF→RIC→SIA,一个是反馈神经回路ADF→RIC→AWB→ADF。由于它们共有的通路中,ADF神经元到RIC神经元的信号传递是抑制性的;而在剩余的通路中,RIC→SIA神经元的神经信号对线虫进食也是抑制性的,相反RIC→AWB→ADF的神经信号是兴奋性的,因此这两个神经回路即为去抑制和去兴奋神经回路。这两个神经回路使得线虫能感受体内和体外环境不同变化,从而使线虫在体内维持一个平衡的稳态。当食物存在时,ADF感觉神经元合成并释放五羟色胺抑制RIC,从而解除RIC→SIA信号通路对咽部泵动的抑制来促进线虫进食。另一方面,饥饿状态时ADF感觉神经元释放五羟色胺减少,而RIC抑制解除,大量章胺释放到AWB神经元,从而将兴奋信号传递到ADF神经元以维持线虫基本的咽部泵动。这样使得线虫如果再次遇到食物则可以迅速恢复正常的进食行为。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 线虫神经系统概述
•   1.2 线虫生物胺类神经递质
•   1.3 线虫进食行为研究进展
•   1.4 研究的目的和意义
• 2 实验原理及研究方法
•   2.1 线虫基本操作原理和方法
•   2.2 线虫遗传操作
•   2.3 共聚焦成像
•   2.4 神经元钙成像技术
•   2.5 进食行为的监测方法
•   2.6 数据的分析统计与显示
• 3 线虫进食行为调控神经回路研究
•   3.1 实验材料
•   3.2 实验结果
•   3.3 讨论
• 4 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 主要符号和缩略词表
• 附录3 本文中线虫基因名对应缩略词表
• 附录4 本文中使用的各种培养基和缓冲液配置方法

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘辉

导师: 吴政星

关键词: 线虫,咽部泵动,五羟色胺,章胺,神经环路,前馈回路,反馈回路

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华中科技大学

分类号: Q42

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000111

总页数: 105

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