膜上鸟苷酸环化酶在大脑和在嗅觉系统中的作用

论文摘要

第一部分膜上鸟苷酸环化酶在中脑多巴胺神经元的缺失导致动物产生多动症症状中脑多巴胺神经系统是大脑内十分重要的神经回路系统,它参与调控了个体多个重要的行为表现[1]。该系统包括位于腹侧被盖区和黑质致密层的多巴胺神经细胞,以及该类细胞的主要投射区：背部纹状体、伏核、海马、前额皮质和杏仁核[2,3]。多巴胺神经元通过释放神经递质多巴胺调节位于这些脑区的突触后细胞的活性。该系统的失调与很多神经行为学疾病密切相关,例如帕金森病、多动症、精神分裂症等。因此能够特定的调控中脑多巴胺神经元成为干预这些相关行为或治疗这类疾病的关键。我们首次报道了一种广泛存在于肠道粘膜细胞中的膜上鸟苷酸环化酶GC-C选择性地在中脑多巴胺神经元上表达,这种表达仅发现在胞体和树突上,在中脑多巴胺神经元的主要投射区纹状体则没有。在体外GC-C能够被它在肠道内的相应配体G/UG有效激活[4]。体外电生理记录显示这种激活不能直接影响多巴胺神经元的电生理活动,不能调节突触间兴奋性电流,也不能作用于GABAa所介导的抑制性电流。但是能够增强由I型代谢型谷氨酸受体或蕈毒碱受体介导的兴奋性反应,在体外能有效增强反应30%左右。这种增强效应依赖于蛋白激酶G （PKG）的活性：加入蛋白激酶G的激活剂能够模拟GC-C的激活效果,而加入相应的抑制剂则能消除G/UG的增强作用。另外,G/UG的增强作用在GC-C基因敲除小鼠中也被剥夺。我们对GC-C基因敲除小鼠做了一系列的行为学实验,包括旷场实验、气味适应性实验、是非行为范式测验、昼夜节律监控等。发现GC-C基因敲除小鼠表现出多动症的症状：它们自主运动显著增加,对气味适应性反应削弱,缺乏长时间的注意力集中和一定的行为抑制。并且,GC-C基因敲除小鼠自主运动显著增加的症状能被治疗多动症的药品治疗缓解。这些结果说明了在中脑多巴胺神经元中GC-C的缺失导致小鼠产生了类似多动症的症状。第二部分有关项链嗅觉系统转基因小鼠的构建项链嗅觉系统由嗅觉系统中一类特殊的嗅觉感觉神经元和它们对应的僧帽细胞等突触后细胞组成。这类嗅觉感觉神经元的轴突能特定投射到嗅球尾部的嗅小球中。这些嗅小球在嗅球末端呈一圈环状排列,因此成为项链嗅小球。项链嗅觉系统的嗅觉感觉神经元有自己独特的分子标记GC-D、CAII、CNGA2和PDA2A[22],但没有经典嗅觉感觉神经元中常有的用于检测气味的GPCR受体和被气味分子受体激活的CNGA2。暗示了这类嗅觉感觉神经元的不同功能。研究发现,表达有GC-D的这类嗅觉感觉神经元能够被低浓度的CO2（0.1%）激活。而且CO：激活项链嗅觉感觉神经元需要CAII的活性及cGMP敏感的离子通道（CNGA3）的开放。这种激活在体内实验中也可以观察到：在麻醉小鼠的嗅球进行的在体外电生理记录发现嗅球中存在对低浓度CO2敏感的神经元都位于项链嗅小球附近。行为上,在是非行为范式下,小鼠可以在两周左右学会对0.5%CO2响应,这表明小鼠具有感受低浓度CO2的能力[22]。而CAI工或CNGA2基因敲除小鼠则不具备这种能力。最近生化实验更进一步证明了这一点,碳酸氢盐能直接激活GC-D产生胞内信使cGMP[35]。小鼠中的项链嗅觉系统能够检测低浓度的CO2,这与人有很大差别。在灵长类动物中由于GC-D是假基因,因此不能检测CO2气味。那么,小鼠项链嗅觉系统检测CO2的作用是什么?我们将白喉毒素受体通过基因敲入的方法表达到项链嗅觉感觉神经元中,在成年小鼠中通过使用白喉毒素特定去除项链嗅觉感觉神经元,观察对动物行为的影响来探讨项链嗅觉系统的功能。另外,我们还将能够跨越突触的大麦凝集素也通过基因敲入的方法表达到项链嗅觉感觉神经元中,大麦凝集素能在神经细胞中正向转运,这样通过染色可以观察到项链嗅觉系统的僧帽细胞的投射区域,从而也为揭示其功能提供理论基础。

论文目录

• 目录
• 第一部分 膜上鸟苷酸环化酶在中脑多巴胺神经元的缺失导致动物产生多动症症状
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 研究方法
• 一实验动物
• 二.荧光免疫组织化学
• 三.蛋白免疫印迹杂交检测GC-C和TH的表达
• 四.反转录PCR检测GC-C的表达
• 五.中脑多巴胺细胞的电生理记录
• 六.动物行为学实验
• 七.对GC-C基因敲除小鼠的药物治疗
• 第三章 研究结果
• 一. GC-C特异表达在中脑多巴胺神经元中
• 二. 体外GC-C的激活能特异的调节中脑多巴胺神经元对mGluR和mAChR的激动剂的反应
• 四.GC-C基因敲除小鼠的表型
• 五.特定药品能降低GC-C基因敲除小鼠自主运动量
• 第五章 讨论
• 第六章 结论
• 第二部分 有关项链嗅觉系统转基因小鼠的构建
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第二章 研究方法
• 一. 质粒的构建
• 二. 胚胎干细胞的电转
• 三. 阳性胚胎干细胞的筛选
• 四. 囊胚期注射
• 五. 转基因小鼠的鉴定
• 六. 其他常用的分子生物学操作
• 第三章 研究结果
• 一、依次构建的质粒
• 二. 阳性胚胎干细胞的筛选
• 第四章 讨论
• 一. 利用白喉毒素对项链嗅觉系统进行功能丧失性研究
• 二. 通过遗传示踪法研究项链嗅觉感觉神经元的投射
• 第三部分 综述 中脑多巴胺系统对行为的调控
• 一. 中脑多巴胺系统对自主运动的调控
• 1. 基底神经节是大脑控制自主运动的重要核团
• 2. 基底神经节接受中脑多巴胺细胞的大量输入
• 3. 帕金森症与中脑多巴胺系统的关系
• 二. 中脑多巴胺系统是重要的奖赏中枢
• 1. 中脑多巴胺细胞与奖赏的关系
• 2. 成瘾行为与中脑多巴胺系统的关系
• 3. 抑郁症与中脑多巴胺系统的关系
• 三. 中脑多巴胺系统对学习记忆行为的调控
• 1. 中脑多巴胺系统对学习记忆行为的调控
• 2. 多巴胺调控记忆的可能机制
• 四. 中脑多巴胺系统对摄食行为的调控
• 1. 中脑多巴胺系统与摄食的关系
• 2. 控制摄食相关激素在中脑多巴胺细胞上的作用
• 五.总结
• 引文
• 致谢