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生物通报道：来自华中科技大学，生物物理研究所联合实验室，教育部分子生物物理重点实验室（Key Laboratory of Molecular Biophysics），生物大分子国家重点实验室的研究人员突破了线虫在研究神经突触形成，神经递质释放方面的技术限制，证明了UNC-31在DCVs定位在质膜上的重要性，并提出PKA活性可以逆转UNC-31突变引发的DCVs定位缺陷，这对于了解神经突触形成和神经递质释放具有重要的意义，能进一步解析囊泡形成和释放的机理。这一研究成果公布在《Neuron》杂志上。

文章的通讯作者分别是华中科技大学的徐涛教授和吴政星副教授，前者现任华中科技大学生命科学院副院长，生物物理与生物化学研究所所长，教育部****奖励计划特聘教授，主要在细胞和分子水平上对神经和内分泌系统信号转导和分泌机制进行研究。

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，以下简称C. elegans）是一种可以独立生存的“自由线虫”，线虫是目前发育生物学上重要的模式生物，它的构造简单，生长快速，可大量养殖，易于产生突变。此外它的细胞数目以及细胞命运图谱几乎固定，并且易于追踪。而将线虫提升到如此地位的正是英国科学家布瑞纳，他在60与70年代对于线虫所进行的研究，让我们对细胞分裂与分化的调控有更多的了解。而线虫也因而成为重要的模式生物，线虫研究的另外一个重大成功是关于细胞凋亡的研究，细胞凋亡的调控机制在各种动物中相当类似，而这些知识主要来自于线虫的研究。

除此之外，线虫也是研究神经突触形成，神经递质释放的重要模式系统。然而，由于缺乏释放过程中直接的功能性分析，极大的影响了对于线虫囊泡内吞和胞吐（vesicular exocytosis and endocytosis ）机制的了解。

在这篇文章中，研究人员发展了直接电生理实验，突破了这一技术限制，他们利用膜电容（membrane capacitance）和电流分析（amperometry）进行了线虫原代培养神经细胞的实验，而且研究人员利用全内反射荧光显微技术（internal reflection fluorescence microscopy）成功监控了单致密核心囊泡(single dense core vesicle，DCV) 的融合及定位。

通过这些技术方法及成熟扰动分析（perturbation analysis），研究人员证明了UNC-31在DCVs定位在质膜上的重要性，而且有趣的是，UNC-31突变引起的DCVs定位缺陷可以完全由PKA活性逆转，同时研究人员还证明UNC-31在UNC-31介导的DCV胞吐积累中的作用。这些对于了解神经突触形成和神经递质释放具有重要的意义，能进一步解析囊泡形成和释放的机理。
（生物通：张迪）

原文摘要：
Neuron, Vol 56, 657-669, 21 November 2007
PKA Activation Bypasses the Requirement for UNC-31 in the Docking of Dense Core Vesicles from C. elegans Neurons
『Abstract』

秀丽线虫：诺贝尔奖的新宠

　　线虫之所以能在经典模式生物的名单中占有一个重要位置和它的形态特点有密切关系。前面已经提到，线虫通身透明，观察十分容易。更为重要的一点是，它是唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘点并各归其类的生物。它的幼虫含有556个体细胞和2个原始生殖细胞，成虫则根据性别不同具有不同的细胞数。最常见的雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个生殖细胞，而较少见的雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞。此外，线虫的生命周期很短，它从生到死的全过程只有3天半，这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演变成为可能。通过20年的努力，到90年代中期，人们已经建立了完整的线虫从受精卵到所有成体细胞的谱系图。这意味着，它机体里每一个细胞的来龙去脉都处于我们的视野中，清晰并且无所遗漏。

　　由于精子和卵细胞的形成（通常称为配子发育gametogenesis）是贯穿个体发育的主线，因此人们通常按照生殖系细胞的发育路线建立个体细胞的谱系。这里涉及一个有关生殖系（germline）的定义，它是指从受精卵到原始生殖细胞的分裂过程中，所有能形成配子（生殖细胞的另外一种说法）的细胞。众所周知，任何生物个体的细胞中都含有同样一套基因，但并不是所有细胞都能发育成配子。只有一类特殊的细胞能够形成生殖细胞，至于到底哪些细胞能够成为担负种系延续重任的幸运者，则是一件在受精之初就已经决定的事情：卵子中的一类特殊物质决定了细胞的命运。在线虫、果蝇和两栖动物，这类物质称为生殖质（germplasm）。它们是位于卵子中离细胞核较远的一端的一些颗粒状物质，由蛋白质和核糖核酸（RNA）构成。

　　线虫的生殖质通常被称为P颗粒，对它的分配是通过一种不对称分裂实现的，这种分裂方式把它只分配到生殖细胞中，而不分配到注定要成为体细胞的姊妹细胞中。受精卵的第一次分裂产生一个含P颗粒的种系细胞P1和一个创建者细胞AB（foundercell,等同于哺乳动物中的干细胞，可以通过分裂形成其他构成机体组织的细胞，因为线虫成虫中没有类似干细胞的具有自我更新能力的细胞，所以用创建者细胞来命名）。P1继续分裂，P颗粒分配到种系细胞P2中，另一个细胞成为创建者细胞EMS。接下来进行的第三次分裂中，产生P3种系细胞和创建者细胞C。前者继续分裂形成生殖系的最后一个种系细胞P4，它最终形成两个原生殖细胞Z2和Z3，同时形成的还有创建者细胞D。到产生原生殖细胞时，幼虫发育就绪――556个体细胞已经完全从创建者细胞形成，可以从母体产出了。通过把分子中带有不扩散高分子葡萄糖的荧光染料注入创立者细胞，幼虫中每个部位细胞的家族史立时昭然若揭。

　　来自创立者AB的细胞后来分裂和分化出了389个细胞，它们构成了皮下、神经、咽肌、分泌腺和运动系统的一部分细胞。EMS则细胞再分裂为MS和E两个创建者细胞系，由MS细胞分裂成为包括体肌细胞、咽肌细胞、神经细胞和分泌腺细胞在内的80个细胞，E细胞的主要作用是发育成消化道的主体：20个肠细胞。构成神经系统的另外2个细胞则来自C细胞，此外，还有45个皮下和体肌细胞也是来自于C创建者系。最后，D细胞全部用于形成运动系统的20个体肌细胞。

　　出生之后，线虫的发育还将继续，从形态上，还需要经过3次蜕皮，从细胞数量上，一些器官的细胞还要继续分裂，比如，肠细胞还需要多来14个才够，而表皮细胞也还需要继续分裂直到数量达到213个。在这个数量继续增长的时期，细胞最多时达到1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。然而，我们前面已经提到，完全成熟的成虫只有959个细胞，那么，多出的131个细胞又到哪里去了？面对这个问题，大家最先想到的答案一定是“它们死掉了”。这答案不错，不过它们在这里死亡的方式很有点独特。

　　通常情况下，当我们说一个细胞“死亡”时，指的是病理性死亡，也就是坏死（necrosis）。这个字眼来自希腊文nekrōsis，本意即是“死亡”。之所以坏死是“病理性死亡”，乃因为它是由严重损伤导致的细胞结构和功能的崩溃。正常情况下，细胞借细胞膜和外界隔离，膜上各种调节大小分子进出的蛋白质就像一台台精巧的分子发动机：它们消耗能量把一些离子泵进细胞，又将细胞内不需要的物质排出门外，调节细胞内水分的含有量，使细胞既不干渴也不至于胀成水壶。对于维系细胞内环境稳定来讲，这些发动机的稳定运转至关重要。


附：
徐 涛 博士，教授，博士生导师，湖北宜昌人，1970年出生。

现任华中科技大学生命科学院副院长，生物物理与生物化学研究所所长，教育部****奖励计划特聘教授。2003年起兼任中国科学院生物物理所副所长。

1995年底，受德国马克思-普朗克生物物理化学研究所教授、1991年诺贝尔生理与医学奖得主E. Neher博士的邀请，到其实验室联合培养一年。在Neher教授的指导下，完成了博士论文的工作。随后获得德国马克思-普朗克协会奖学金，在E.Neher教授的指导下进行博士后研究，研究方向为细胞生物物理。1999-2000年赴美国华盛顿大学生理与生物物理系继续深造，指导教授为美国科学院院士B. Hille教授。国外留学期间，在Cell、Nature Neuroscience、Nature Cell Biology、EMBO J、Biophysical J.等国际著名学术刊物上发表多篇论文，其中发表于Nature Neuroscience的论文同时配发了特约评论文章。回国后主要在细胞和分子水平上对神经和内分泌系统信号转导和分泌机制进行研究，承担了多项国家自然科学基金面上项目、重点项目和国家杰出青年科学基金项目、973项目等国家级研究课题。近年来在Nature cell Biology、J. Physiology、PNAS等国际权威科学期刊上发表了多篇有影响的研究论文。

吴政星，男，1964年出生，博士，华中科技大学分子生物物理教育部重点实验室副教授。

1984.7毕业于华中师范大学生物系，获理学学士；
1984.7－1987.8，湖南大学邵阳分校生物科任生理学助教；
1987.9－1990.7，四川大学生物学系动物学专业硕士研究生，1990.6毕业并获硕士学位，学习和从事放射免疫测量工作；
1990.7－1999.8，华中师范大学生物系任讲师，主要从事本科生和硕士研究生课程教学；
1999.9－2005.6，华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生，2005.6毕业并获理学博士学位；
2002.12－2004.12，以访问学者身份在德国萨尔大学生理系（Universitaet des Saarlandes, Physiologisches Institut）进行合作研究。

主持国家自然基金2项，湖北省自然基金1项，主持和参与973项目的子课题3项，参与国家自然基金多项。近五年来发表论文20余篇，其中部分论文发表在国际高水平杂志，如Neuron, Current Biology, Journal of Neuroscience, Traffic和Journal of Cellular Physiology等。

研究领域：细胞生物物理和神经生物物理。