感觉信号调节线虫进食的神经回路及短期饥饿调节线虫脂肪代谢的研究

摘要

线虫由于具有神经系统简单，遗传操作方便及身体透明等优点而成为神经回路及脂肪代谢研究的良好模型。本文包括两方面内容：一是进食调节的神经回路及神经信号检测方法的研究；二是关于短期饥饿调节脂肪代谢研究。
　　进食是生物体最重要的行为之一，生物体在环境中生存必须面对复杂的环境变化带来的一切刺激。这些刺激包括环境的物理条件和化学条件变化。这些环境条件变化是否影响动物进食现在还不是很清楚。
　　我们选用线虫做模式生物，选择双乙酰做吸引剂，高浓度异戊醇和奎宁做趋避剂，并将这些化学物质添加到线虫进食环境中，我们发现，这些化学物质可以改变线虫的进食速度，吸引性物质可以促进线虫进食而趋避性物质则抑制线虫进食。通过筛选行为缺陷突变体，添加外源递质及钙测定实验，我们证明化学物质调节进食的效应是通过感觉感受来达到的，这些感觉信号传导到一个横跨咽部五羟色胺能神经元和咽外酪胺/鞘胺能神经元组成的神经回路来调节进食，位于咽部的NSM神经元和咽外的RIM/RIC神经元通过各位于其上的SER-2和MOD-1受体组成一个相互抑制的神经回路介导感觉对进食的调节，而回路中相互抑制的特性使环境信号得到过滤，使较大的可能影响线虫生存的信号得到加强而使较小的无关紧要的信号得到抑制，从而保证线虫行为上的稳定性。
　　在神经回路的研究中，如何检测神经信号的传导是一个很重要的问题。目前检测线虫神经信号传导的主要方法是钙成像，而对传导信号的最直接的载体——神经递质则还没有方法检测。我们借助电化学安培法来检测线虫五羟色胺神经元NSM的分泌，由于线虫神经元体积很小，传统的电极尺寸太大不能有效地检测到信号，我们发展了一种全新的基于微环境的化学刻蚀法来得到合适大小表面平整并且绝缘性能良好的亚微米电极，用这种方法可以成功地检测到线虫五羟色胺能神经元NSM的递质释放。这个方法还可以用来进行递质分泌的机制研究。
　　溶酶体中异常的脂肪积累是溶酶体积累紊乱的一个重要原因，将对人类和生物体的生存和健康产生极大的危害。然而，溶酶体如何参与脂肪代谢还不是很清楚。
　　由于线虫遗传学操作简便可行并且方便用于药物筛选，我们选择线虫做对象研究溶酶体与脂肪代谢的关系。在Nile Red活体染色中我们发现，短期饥饿可以导致Nile Red荧光的很大增强，这些Nile Red荧光位于线虫溶酶体类似细胞器（LRO）中。我们随后证明这些能被Nile Red活体染色并在短期饥饿后增强的脂肪是极性脂肪而不是有关报道的中性储存性脂肪，也不是脂褐质，我们发现这些脂肪可以在溶酶体中降解，这进一步说明它不是储存脂肪。我们还发现饥饿条件下PKG介导的感觉信号可以导致LRO中极性脂肪的积累，而NHR-49介导的信号则通过抑制进入LRO和促进LRO中极性脂肪分解类抑制这部分脂肪在LRO中过度积累，从而使短期饥饿条件下LRO中极性脂肪保持一个合适的水平。

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1 绪论

1.1 线虫神经系统机构与功能

1.2 神经回路基本元件

1.3 神经系统回路与功能

2 研究原理和研究方法

2.1 线虫种系的维持

2.2 线虫行为学模式与筛选

2.3 线虫成像基本原理与方法

2.4 线虫的转基因技术

3 感觉信号调节线虫进食速度的神经回路研究

3.1 前言

3.2 实验材料和实验方法

3.3 实验结果

3.4 结果讨论

4 利用基于微区域化学刻蚀方法制作微电极

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 实验结果

4.4 结果讨论

5 短期饥饿调节线虫极性脂肪在LRO中积累与代谢研究

5.1 前言

5.2 实验材料和实验方法

5.3 实验结果

5.4 结果讨论

全文总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录

附录2 主要符号和缩略词表