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Nature子刊:VNO离子通道又添新成员
【字体: 大 中 小 】 时间:2012年07月30日 来源:生物通
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Stowers医学研究所的研究人员发现了激活VNO神经元的两个新离子通道,拓展了人们对于VNO激活机制的了解,并为其他的感官研究提供了宝贵信息,文章发表在7月29日的Nature Neuroscience杂志上。
生物通报道:犁鼻器VNO是生物进化的直接推动者之一,在绝大多数陆生脊椎动物中,VNO感知信息素并触发相应的本能行为。Stowers医学研究所的研究人员发现了激活VNO神经元的两个新离子通道,拓展了人们对于VNO激活机制的了解,并为其他的感官研究提供了宝贵信息,文章发表在
“我们在小鼠中发现了激活VNO神经元的两个新离子通道,这两个新通道都是钾离子通道,”文章资深作者C. Ron Yu博士说。“这很不寻常,因为钾离子通道一般不直接起作用激活感官神经元。”
人类的VNO较短,看起来有点退化了,不过在繁殖和攻击性方面仍然能够引发人的本能行为。科学家希望小鼠或其低等哺乳动物的VNO作用机制,能够为人类本能行为的触发提供线索。
VNO的作用机制与主要嗅觉器官大致相同。VNO的神经元和树突具有特化的受体,能够被特殊信息素激活,信息素是一种主要存在于体液中的特殊化学信号物质。激活后,VNO受体使附近的离子通道开启或关闭,允许离子流入或流出神经元。这些电荷的流入和流出形成了voltage surge,激活VNO神经元向大脑传递信号启动特殊行为。
Yu博士2002年是哥伦比亚大学的博士后,也是首次发现VNO受体依赖TRPC2钙离子通道的团队成员。去年Yu博士的研究团队在Nature Communications发表文章,阐述了VNO氯离子特异性通道CACC的作用。
在这项新研究中,Yu博士的研究团队发现了正电荷的钾离子通道。他们通过全细胞膜片钳技术,用小电极检测通过小鼠VNO组织神经元细胞膜的电流。为了检测电流中的钾离子,研究人员将神经元中的钾离子换成与之相似但不能通过钾离子通道的铯离子。当这些处理后的VNO神经元接触到信息素时(含信息素的小鼠尿液),处理后的VNO神经元中的正电荷明显比未处理的VNO神经元多。
实验结果显示,当VNO受体激活时,钾离子通过钾离子通道流出VNO神经元,这使研究人员非常意外。一般神经元内的钾离子浓度比外部高,所以当钾离子通道打开时钾离子外流。外流主要发生于神经元的细胞主体,并使神经元电压回到静息状态。然而在VNO神经元中,强烈的钾离子外流也发生在树突。这与正电离子流入并激活神经元的功能矛盾。
随后研究团队在小鼠活体内的VNO中,对钾离子通道SK3和GIRK进行研究,得到了与体外实验大相径庭的结果:钾离子通过钾离子通道内流,而且这两个新通道的电流占到了VNO总激活电流的一半以上。
这种钾离子流入现象还发生在另一种感官神经元中,即对声音敏感的耳蜗毛细胞,耳蜗毛细胞外部环境的钾离子水平相对较高。那么围绕VNO树突的液体中,钾离子水平是否也较高呢?答案是肯定的。一开始在制备组织切片进行膜片钳实验时,洗去了高浓度的离子,当SK3和GIRK离子通道打开时误导钾离子从VNO神经元树突流出。研究人员指出,这凸显了体内实验的重要性。
“我们推测,VNO可能通过进化拥有了高离子含量的细胞外环境,以及多种离子通道,这样遇到各种富含离子的体液它都能正常功能,”Yu说。“信号通路的多样性可能使其触发本能行为的功能更强。”
(生物通编辑:叶予)
生物通推荐原文摘要:
Paradoxical contribution of SK3 and GIRK channels to the activation of mouse vomeronasal organ
The vomeronasal organ (VNO) is essential for intraspecies communication in many terrestrial vertebrates. The ionic mechanisms of VNO activation remain unclear. We found that the calcium-activated potassium channel SK3 and the G protein–activated potassium channel GIRK are part of an independent pathway for VNO activation. In slice preparations, the potassium channels attenuated inward currents carried by TRPC2 and calcium-activated chloride channels (CACCs). In intact tissue preparations, paradoxically, the potassium channels enhanced urine-evoked inward currents. This discrepancy resulted from the loss of a high concentration of lumenal potassium, which enabled the influx of potassium ions to depolarize the VNO neurons in vivo. Both Sk3 (also known as Kcnn3) and Girk1 (also known as Kcnj3) homozygous null mice showed deficits in mating and aggressive behaviors, and the deficiencies in Sk3−/− mice were exacerbated by Trpc2 knockout. Our results suggest that VNO activation is mediated by TRPC2, CACCs and two potassium channels, all of which contributed to the in vivo depolarization of VNO neurons.