Nature Comms:潘玉峰课题组揭示果蝇性的驱动与抑制的互作机制

发布者:许峰发布时间:2019-10-20浏览次数:13


《易经系辞上》有云:一阴一阳之谓道,继之者善也,成之者性也。阴阳平衡是万事万物的运行规律。欲望的驱动与抑制,亦是如此。20191018日,东南大学生命科学与技术学院的潘玉峰教授课题组在《自然-通讯》(Nature Communications)杂志上发表研究论文“Drosulfakinin signaling in fruitless circuitry antagonizes P1 neurons to regulate sexual arousal in Drosophila”,探讨了这一科学问题。

神经科学的一个根本问题是解析动物在不同的外在环境刺激以及内在生理状态下,如何做出适当的行为选择。潘玉峰课题组以果蝇为动物模型,研究外在环境刺激和内在生理状态如何整合,进而决定某种特定行为的输出与否。在潘玉峰教授之前的研究中(PNAS, 2012Cell, 2014Nature Communications, 2017Neuroscience Bulletin, 2017),报道了一

调控多种本能行为的控制中枢——P1神经元。P1是雄性果蝇特有的神经元(在雌性中不存在),它参与调控性行为、睡眠和自发运动等多种觉醒状态相关的行为。P1神经元是一个兴奋中枢,它整合多种兴奋性和抑制性的感觉刺激进而决定是否输出求偶行为;然而,是否存在一种反应内在生理状态的、抗衡兴奋性中枢的抑制性中枢呢?在这次的研究中,潘玉峰课题组发现神经肽胆囊收缩素(Cholecystokinin,简称CCK;果蝇中为Drosulfakinin,简称DSK)响应多种生理状态并与P1神经元相互作用以抑制果蝇的性行为,揭示了果蝇性行为的促进与抑制神经环路的相互作用机理,有助于理解本能欲望的兴奋性与抑制性信号的互作机制。

胆囊收缩素信号在进化过程中非常保守,可以调节多种行为。在哺乳动物中,从肠道产生的CCK作用于大脑中的受体,以传递饱腹感信号,从而抑制进食;此外,CCK还参与调控伤害性感受、学习记忆、攻击性行为和抑郁样行为等。在果蝇中,和CCK同源的DSK具有类似的生理功能。在这项研究中,潘玉峰课题组发现Dsk神经元在激活时能抑制果蝇90%的求偶行为,并且与求偶的兴奋性中枢P1神经元相互拮抗。P1神经元同时表达两个重要的性别决定转录因子FruitlessFru)和DoublesexDsx),并且只存在于雄蝇脑中。人为激活P1神经元时,雄蝇会处于高度觉醒的兴奋状态,其睡眠减少、运动增加、求偶和打斗增强。当同时激活P1神经元和Dsk神经元时,果蝇的觉醒兴奋状态会介于单独激活P1和单独激活Dsk神经元之间。在分子通路层面,研究发现Dsk神经元通过释放神经肽DSK并作用于其G蛋白偶联受体CCKLR-17D3(表达在包含P1的众多frudsx神经元中)以抑制求偶行为;在神经环路层面,该研究在单细胞层面揭示了四对Dsk神经元对求偶行为的调控作用,并且发现这些Dsk神经元通过突触连接接收来自dsx神经元(包括P1神经元)的信号。有趣的是,从dsx神经元到Dsk神经元的突触传递信号依赖于果蝇过去几天所处的饲养环境,比如是否群居。研究进一步发现,DSK的表达受到众多生理状态的调控,比如进食、群居、衰老等,而这些内在的生理状态可能决定了Dsk神经元是否活化并与外在感觉刺激一起调控性相关行为的输出与否。

模型图:外在感觉刺激与内在生理状态对果蝇性行为的协同调控


综上,该研究鉴定出了果蝇性相关行为的抑制分子和神经环路,并发现这条通路受多种内在生理状态调控;同时该抑制通路与感知异性的兴奋性通路相互作用,以平衡果蝇性行为的输出。

该研究的共同第一作者为博士后吴顺凡博士、郭超博士和博士生赵环,通讯作者为潘玉峰教授。该项目受到国家优秀青年基金等项目的支持。


参考文献:

  1. Y. Pan, G.W. Meissner and B.S. Baker, “Joint control of Drosophila male courtship behavior by motion cues and activation of male-specific P1 neurons”, PNAS, 2012, 109 (25) 10065-10070

  2. Y. Pan and B.S. Baker, “Genetic identification and separation of innate and experience-dependent courtship behaviors in Drosophila”, Cell, 2014, 156: 236-248.

  3. D. Chen, D. Sitaraman, N. Chen, X. Jin, C. Han, J. Chen, M. Sun, B.S. Baker, M.N. Nitabach and Y Pan, “Genetic and neuronal mechanisms governing the sex-specific interaction between sleep and sexual behaviors in Drosophila”, Nature Communications, 2017, 8(154): doi:10.1038/s41467-017-00087-5

  4. W. Zhang, C. Guo, D. Chen, Q. Peng and Y. Pan, “Hierarchical Control of Drosophila Sleep, Courtship, and Feeding Behaviors by Male-Specific P1 Neurons”, Neuroscience Bulletin, 2018, http://doi.org/10.1007/s12264-018-0281-z