多巴胺/蜕皮激素受体通过结合20-羟基蜕皮酮调节昆虫的变态发育

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研究背景及科学问题昆虫是地球上数量最多、分布最广的动物群落。昆虫的生长发育主要由保幼激素和蜕皮激素(20-羟基蜕皮酮,20E)协同调控。在昆虫取食生长时期,虫体内保幼激素滴度高,而在昆虫蜕皮变态时期,保幼激素逐渐降低直至零,蜕皮激素滴度逐渐增加。两种激素存在相互作用,既拮抗又统一,协同调控昆虫的蜕皮与变态过程。研究已证明20E存在着经典的基因组信号通路,20E通过自由扩散,或在细胞膜受体介导下,跨越细胞膜进入细胞内,与核受体EcR结合起始基因的转录表达。近些年,科学研究陆续发现了 20E的非基因组途径。例如胞内蛋白的快速磷酸化及移位,胞内钙离子动员等。也有研究发现G蛋白偶联受体(GPCR)参与蜕皮激素的非基因组信号途径,而不同的GPCR的作用机制各异。因此GPCR参与20E的非基因组信号通路的问题成为人们的关注热点。本实验室已证明ErGPCR1、ErGPCR2参与20E的非基因组信号通路。在果蝇中发现多巴胺受体(DmDopEcR)也可以结合20E的类似物[3H]]PonA,但是多巴胺受体在20E信号通路中的作用机制尚不清楚。本论文以棉铃虫为实验材料开展了相关研究,探究DopEcR在20E信号通路中的作用及机制。结果及结论DopEcR在棉铃虫幼虫的不同组织均有表达,包括表皮、中肠、脂肪体和脑,且在脑中的表达量最高,在蜕皮及变态期的脑和中肠中有升高的趋势。20E促进DopEcR的表达。DopEcR参与调控20E诱导的胞内钙离子水平的快速增加、基因表达及昆虫的变态过程。DopEcR定位于细胞膜,且20E诱导下不发生内吞。RNA干扰DopEcR后降低了 20E与细胞膜的结合水平,过表达DopEcR后增加了 20E与细胞膜的结合水平,纯化后的DopEcR能与20E发生结合,但是其结合位点突变体与20E的结合能力显著降低。我们的研究表明20E上调DopEcR的表达,DopEcR通过结合20E调控昆虫的变态发育。研究的新发现及意义:本论文以生化与分子生物学的技术方法进行研究,针对GPCR动态结合20E的特性,设计建立了新的方法,首次在鳞翅目昆虫中证明了 DopEcR可以结合20E,为鉴定GPCR结合其它配体提供了借鉴。该研究阐明了 DopEcR主要分布在脑,说明了组织分布不同可能是多个GPCR参与20E信号途径的机制之一。本研究首次报道类固醇激素20E可以促进神经系统的分子DopEcR表达,而DopEcR又参与20E途径调控昆虫取食及发育,说明20E与多巴胺系统存在正反馈调控关系,共同调控昆虫生长发育。该研究丰富和完善了蜕皮激素调控昆虫生长发育的理论知识,为20E的非基因组信号途径提供了新的实验证据,为害虫防治提供了新的靶标基因。
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