秀丽线虫伤害性感受调控的神经环路与分子机制研究

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1、分类号学号D201277431学校代码10487密级博士学位论文秀丽线虫伤害性感受调控的神经环路与分子机制研究学位申请人：吴太红学科专业：生物物理学指导教师：吴政星教授答辩日期：2016年5月13日万方数据万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofBiophysicsDissectingtheneuralcircuitryandmolecularmechanismsunderlyingnocice

2、ptionmodulationinC.elegansCandidate:TaihongWuMajor:BiophysicsSupervisor:Prof.ZhengxingWuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2016万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本

3、文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师

4、签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据华中科技大学博士学位论文摘要生物个体处于复杂多变的环境中，对环境做出正确的应答才能更好的生存。动物感觉调控对其感受、行为以及生存非常重要。目前对伤害性刺激感受与回避行为的调控知之甚少。研究应对外界有害刺激的反应机制对理解生物体如何应对复杂的环境具有重要意义。由于秀丽线虫（Caenorhabditiselegans）生长周期短、通体透明、神经系统简单、易于遗传操作等优势。在本文中，我们选取秀丽线虫为研究对象，研究其伤害性感受的神经回路以及分子机制。线虫有12对头感器感觉神经元，它

5、们分工明确。其中多模感觉神经元ASH是感受伤害性和厌恶性刺激的主要神经元，它能感受水溶性的刺激物如重金属离子和奎宁、厌恶性气体、温度、机械刺激以及渗透压刺激等。关于ASH神经元介导的伤害性感受和回避行为的分子机制和神经回路已有大量研究。感觉神经元ASI是调节线虫是否进入休眠期的关键神经元，它能够整合环境中线虫生长密度、食物、CO2的水平以及信息素等，有报道称它还参与温度以及厌恶性刺激反应的调控。嗅觉神经元AWC介导挥发性吸引气味的感受和温度感受，在AWCON神经元中gcy-28作为开关基因可以切换对气味的吸引性行为和排斥性

6、行为。最近有文献报道显示AWCON作为中间神经元介导高盐感受。本文中我们对硫酸铜引起的线虫回避行为做了详细的运动学特性分析，结合在体钙成像记录、传统的基因操作、神经元特异性阻断和失活、神经元化学和遗传学操作以及神经元特异性敲低基因表达等方法，研究了线虫感觉神经元ASI和ASH介导伤害性感受和回避行为的分子机制和环路机制，以及嗅觉神经元AWC接受ASI的信号参与调节伤害性感受。研究中我们发现了ASH和ASI感觉神经元之间存在一个相互抑制的回路，即在硫酸铜刺激的初期，ASH起主导作用，它强烈兴奋抑制了ASI的活性，与此同时AS

7、I也抑制ASH的活性，从而防止线虫的神经元过度兴奋以及产生过激的躲避行为。这种相互抑制的分子机制及神经回路机制为：感觉神经元ASI感受硫酸铜刺激后释放神经肽促进五羟色胺能感觉神经元ADF释放5-HT作用I万方数据华中科技大学博士学位论文于感觉神经元ASH上的SER-5受体，进而抑制ASH的活性；同时，ASH通过电突触激活章鱼胺能中间神经元RIC释放章鱼胺作用于ASI上的SER-3受体，进而抑制ASI神经元的活动。这是一种外周水平上的感受调节，相比中枢神经系统水平的感觉调控，外周神经系统水平上的感受调节更加直接和快速，保证了

8、线虫对伤害性刺激做出迅速而不过于激烈的行为反应，使线虫能够更好的适应环境，有利于它的生存。除此之外，我们还发现ASI通过AWC抑制对硫酸铜产生过度敏感的行为。这种调控的具体分子机制为：ASI感受硫酸铜刺激释放神经肽作用于AWCON上的DAF-2受体作用（其中AWCON起中间神经元的功能），激活AWCON