华中科大生科院最新Nature子刊文章

　　

生物通报道：来自华中科技大学生命科学与技术学院，中科院生物物理所的研究人员发表了题为“Dissecting a central flip-flop circuit that integrates contradictory sensory cues in C. elegans feeding regulation”的文章，通过分析感觉信号调控线虫进食行为的中枢翻转回路，发现了一种新的调控线虫抉择行为的神经回路模式。这对于深入了解进食行为机理机制，以及分析其中关键的神经信号具有重要意义。相关成果公布在Nature Communications杂志上。

文章的通讯作者分别是华中科技大学，生物物理所徐涛研究员，以及吴政星教授，其中徐涛研究员早年毕业于华中科技大学，目前主要从事胰岛素储存囊泡分泌过程中的蛋白质相互作用和胞内第二信使对分泌的调控作用；葡萄糖转运体在脂肪细胞内转运和上膜机制的研究；细胞内Ca2+信号的自稳平衡和对分泌的调控作用等方面的研究。

当面临两难局面时，人或高等动物能权衡利弊，做出最有利的选择。在这个过程中，中枢神经系统整合不同甚至完全相反的感觉输入信号，决定生物个体行为抉择。感觉输入信号的整合对生物的生存至关重要，但其背后的分子机制如何仍不清楚。

线虫具有神经系统的组成相对简单（共118类302个神经元）和遗传操作便捷的优势，徐涛课题组发现，线虫可以用来研究相互拮抗的感觉输入是如何最终影响个体行为抉择的。他们采用两种化学物质——双乙酰酮和奎宁来同时刺激线虫。这两种物质分别通过线虫的嗅觉和味觉通路输入，对线虫进食行为的影响恰好相反：双乙酰酮增加进食，奎宁抑制进食。

结合遗传学方法及活体钙成像技术，研究证实，两路跨模态的感觉输入的整合具有“胜者全得” （winner-takes-all）的特性，其产生的机制依赖线虫咽部神经元NSM和咽外神经元RIM/RIC组成的一个相互抑制的中枢神经回路来实现。研究人员进而鉴定了介导互相抑制的分子回路。这样一种中枢的整合机制非常类似电子线路中的翻转（flip-flop）电路，可以保证较强的输入信号得到放大而使微小的信号得到过滤，从而使线虫的行为输出具有稳定性。

徐涛研究组获得过不少重要的成果，比如上个月，他们还曾在PNAS杂志上发表文章，通过一种光转化荧光蛋白mEos2的随机突变，获得了一系列具有光开关功能的绿色荧光蛋白，这将改善了现阶段光开关荧光蛋白（RSFP）发展滞后、品种单一的问题。

研究人员通过一种光转化荧光蛋白mEos2的随机突变，获得了一系列具有光开关功能的绿色荧光蛋白，命名为mGeos。这些荧光蛋白都可以被405 nm激光所激活，被488 nm激光关闭，并且可以反复开关多次。新型光开关荧光蛋白mGeos-M, C, L, S, F and E都具有非常良好的荧光亮度，最亮的mGeos-C的亮度相当于EGFP的1.86倍（荧光蛋白亮度用消光系数和量子产率的乘积来表示）；mGeos-E同时具有光控开关和pH值敏感性，类似于荧光蛋白pHluorin。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Dissecting a central flip-flop circuit that integrates contradictory sensory cues in C. elegans feeding regulation

Feeding behaviour is modulated by both environmental cues and internal physiological states. Appetite is commonly boosted by the pleasant smell (or appearance) of food and destroyed by a bad taste. In reality, animals sense multiple environmental cues at the same time and it is not clear how these sensory inputs are integrated and a decision is made to regulate feeding behaviour accordingly. Here we show that feeding behaviour in Caenorhabditis elegans can be either facilitated by attractive odours or suppressed by repellents. By identifying mutants that are defective for sensory-mediated feeding regulation, we dissected a central flip-flop circuit that integrates two contradictory sensory inputs and generates bistable hormone output to regulate feeding behaviour. As feeding regulation is fundamental to animal survival, we speculate that the basic organizational logic identified here in C. elegans is likely convergent throughout different phyla.

作者简介：

吴政星
博士，华中科技大学分子生物物理教育部重点实验室教授。

教育及工作经历：

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。

2002.12－2004.12 以访问学者身份在德国萨尔大学生理系进行合作研究。

2005.6 毕业并获理学博士学位。

2005.06-2005.11 华中科技大学讲师。

2005.11-2008.11 华中科技大学副教授。

2008.11-迄今 华中科技大学教授。


徐涛 博士导师
细胞和分子水平上从事神经和内分泌细胞信号转导和分泌分子机制

研究员, “国家杰出青年科学基金”获得者, 中科院“****”获得者, 男，1970年出生。1996年毕业于原华中理工大学。1996-1999年在德国马克思-普朗克生物物理化学研究所作博士后研究，1999-2000年赴美国华盛顿大学生理与生物物理系任高级研究员。2000年9月份被聘为教育部****奖励计划特聘教授。2000年国家杰出青年基金获得者，2002-2003年度获美国李氏基金杰出成就奖。2002年被德国马普学会聘为中德马普合作实验室主任，主持中德马普合作研究项目。现任中国科学院生物物理研究所副所长，学术委员会副主任，生物大分子国家重点实验室副主任。

主要在细胞和分子水平上从事神经和内分泌细胞信号转导和分泌分子机制的研究，承担了多项国家自然科学基金和国家杰出青年科学基金资助项目。在Cell, Nature Cell Biology, Nature Neuroscience, EMBO J, PNAS等杂志上发表多篇有影响的研究论文。