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科研进展

王涛实验室发现一个新的β-丙氨酸的转运体对果蝇视觉神经传递起重要作用

发布时间:2017/08/18

2017年8月14日,我所王涛实验室在《eLife》 杂志发表题为“The β-alanine transporter BalaT is required for visual neurotransmission in Drosophila”的文章,研究人员用果蝇作为模式生物研究神经递质回收的机制,发现一个β-丙氨酸的转运体对果蝇视觉神经传递起重要作用。


神经递质是在化学突触传递中充当信使作用的一类分子,它们是动物发挥正常生理机能的重要一环。释放的神经递质通常要被回收利用,维持其在突触间的传递。由神经细胞和胶质细胞形成的神经网络对神经递质的循环利用以及维持机体内信号的传递很重要。果蝇的感光细胞以组胺作为主要的神经递质,光刺激后,感光细胞释放组胺激活其下级神经元单极细胞L1/L2。为了维持光信号的传递,感光细胞中的组胺水平需要一直维持在一定的水平,这就需要组胺不停的被循环回收利用。目前人们知道释放到突触间隙的组胺会被胶质细胞吸收,吸收后的组胺和β-丙氨酸结合后形成非活性形式的carcinine。王涛实验室前期的研究发现,合成后的carcinine被另一个转运体CarT转运到感光细胞中并被重新水解,生成组胺和β-丙氨酸 (2015; Xu et al., 2015)。组胺重新被包装进突触小泡进行光信号的传递,但是β-丙氨酸是如何回到胶质细胞中参与组胺的回收利用,从而维持果蝇视觉神经传递的机制并不清楚。



为了揭示果蝇视觉神经传递中β-丙氨酸循环利用的机制,作者结合高通量测序技术,比较果蝇头部和身体的总mRNA 表达谱,挑选出在果蝇头部中高表达的编码转运体的基因。运用同位素标记方法,在体外筛选能转运β-丙氨酸的转运体基因。研究发现一个属于SLC22家族的蛋白BalaT能在体外转运β-丙氨酸。为了进一步研究BalaT在视觉感知中的功能,作者采用CRISPR-cas9 技术获得balat的突变体果蝇。balat突变没有引起致死或者其他可见的表型,之后作者采用电生理检测技术即ERG,发现balat突变体果蝇光感受器的突触传递出现异常。行为学实验进一步证实突变体果蝇视觉异常,导致失明。小分子质谱实验和冰冻切片染色也证实balat突变体果蝇头部中的β-丙氨酸和组胺显著减少。为了探究在光传导过程中,BalaT在什么位置转运β-丙氨酸,作者采用Knock-in实验结合免疫荧光染色发现BalaT表达在视网膜色素细胞中,随后作者运用组织特异性拯救实验证明BalaT在视网膜色素细胞中发挥作用。最后,作者发现,同时敲低位于色素细胞中的间隙链接蛋白Inx1和Inx3会引起突触传递异常以及β-丙氨酸在视网膜的累积,证明Inx1和Inx3对于β-丙氨酸转运回胶质细胞并维持视觉神经传导有重要作用。该研究揭示了一个BalaT依赖的β-丙氨酸运输途径对维持神经元中的组胺水平有至关重要的作用,同时为细胞间长距离的神经递质运输提供直接证据。


北京生命科学研究所王涛实验室研究生韩勇超和熊梁尧为本文的共同第一作者。该论文的其他作者还包括王涛实验室的徐英博士,技术员田甜。王涛博士为本文通讯作者。该研究由科技部973项目和北京市科委资助,在北京生命科学研究所完成。