嗅觉受体在非嗅觉组织和细胞中的作用及其机制

嗅觉受体(olfactory receptor)不仅表达在鼻腔中,还广泛表达在全身其他部位,起着重要的生理作用.本文综述了非嗅觉组织和细胞中表达的嗅觉受体及其功能,这些嗅觉受体通过调控细胞周围的内源性化学物质,维持正常的生理功能,并且能在选定的外源性配体刺激下,表现出特定的功能.在医药领域,大约有40%上市药物的作用靶点都来自于G蛋白偶联受体(GPCR)家族,而嗅觉受体是GPCR中最大的基因家族,鉴于其表现出的重要作用,我们推测这些嗅觉受体可能成为未来重要的药物靶标.本文对非嗅觉组织和细胞中嗅觉受体功能的综述,一方面有利于将其作为潜在药物靶点,开发新的药物,另一方面也为中药中挥发性单体的药理作用提供了新的研究思路.

腺苷酸环化酶3缺失对小鼠主要嗅觉表皮组织内DNA甲基化的影响

腺苷酸环化酶3 (adenylate cyclaseⅢ,AC3)是嗅觉系统中的重要成分,AC3缺失后小鼠的主要嗅觉表皮组织(main olfactory epidermal,MOE)随年龄增长逐渐变薄,MOE内基因表达谱发生改变. DNA甲基化在动物发育、基因表达调控中具有重要作用.为了探讨AC3缺失后小鼠MOE内基因启动子甲基化水平的改变以及对基因表达的影响,本文采用DNA甲基化免疫共沉淀芯片(methylated DNA immunoprecipitation chip,MeDIP-chip)筛选AC3缺失小鼠MOE内启动子区甲基化差异表达基因,利用甲基化特异PCR (methylation-specific PCR,MSP)、实时荧光定量PCR (qRT-PCR)进一步检测部分甲基化差异基因的DNA甲基化水平改变和表达差异.结果表明,AC3缺失小鼠中有1 978个基因启动子的甲基化水平发生了改变,占总探针数的9%,其中727个基因启动子甲基化水平升高,1 251个甲基化水平降低.功能分析表明,这些启动子甲基化发生改变的基因主要涉及的功能分别与嗅觉受体、神经发育、cAMP信号通路、ATP结合、钙离子调控、乙酰化修饰、转录因子等相关. MSP检测表明,嗅觉受体基因Olfr1153、Olfr231、Olfr378、Olfr651、Olfr691启动子区的甲基化水平升高,Cngb1、Pde4a和Olfr1394基因启动子区的甲基化水平降低. qRT-PCR结果显示,基因Cngb1、Hcn4、Olfm1、Olfr1394、Olfr1153、Olfr231、Olfr378、Olfr691的表达水平显著下降,而Pde4a和Olfr651基因的表达水平显著升高.总之,AC3缺失后MOE内嗅觉受体基因、神经发育相关基因、cAMP信号通路等相关基因启动子甲基化水平发生显著改变,影响核苷酸切除修复、DNA复制、错配修复等信号通路的传导,从而综合调控小鼠MOE内的基因表达数量和水平.

微纳传感技术在组织电生理研究中的进展

微纳传感技术在研究组织和细胞的电生理活动、揭示细胞网络属性、研究神经传导及药物安全性测试等方面展现了它独特优势。针对组织电生理检测的多种微纳传感技术及其特点进行了描述与评价,着重对多点实时监测的微阵列传感技术的研究和应用进展进行了详细介绍和讨论。最后结合本实验室的研究工作,介绍了微电极阵列技术在嗅觉组织研究中的进展。在探索细胞的离子通道、突触特性及细胞内信号转导时,玻璃微电极记录特别是膜片钳技术是目前比较理想的手段;在研究信号传导、突触传递时,多电极阵列具有明显的优势。微电极传感阵列技术是未来神经科学研究的主要方法之一,它将在提高信噪比及生物相容性、减少对组织的损伤、扩大应用等方面有新的发展。

腺苷酸环化酶3缺失下调小鼠嗅觉受体基因表达

主要嗅觉表皮组织(MOE)是哺乳动物感知气味分子的重要器官,气味诱导是嗅觉受体神经元(ORN)活动的起点,嗅觉受体(OR)结合气味分子后通过环腺苷酸(c AMP)信号通路向下游传递信号。腺苷酸环化酶3(AC3)是此通路中的重要分子。为了探讨AC3缺失对小鼠MOE内ORs基因表达的影响,本文以AC3敲除型小鼠(AC3-/-)和野生型小鼠(AC3+/+)为材料,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)、荧光原位杂交(FISH)技术分析了部分ORs基因及与其相关因子在MOE中的表达。qRT-PCR表明,3月龄AC3-/-小鼠MOE中嗅觉受体Olfr15、Olfr16、Olfr533、Olfr536、Olfr1507和Olfr642的表达量均显著下降。出生后PND7、PND30和PND90三个不同发育时期的AC3-/-小鼠MOE原位杂交显示,嗅觉受体Olfr15、Olfr536和Olfr1507表达的细胞数目均减少。进一步qRTPCR分析发现,3月龄AC3-/-小鼠嗅觉受体相关因子Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b的表达也均发生显著下调。由此推测,AC3缺失导致的ORs及其相关因子的表达下调可能是嗅觉行为障碍的原因之一。

异位嗅觉痕量胺相关受体研究进展

痕量胺相关受体(trace amine-associated receptors,TAARs)是一类G蛋白偶联受体,除TAAR1外,其余TAARs与嗅觉受体一样都在嗅觉上皮表达并发挥感知气味的作用。近年来,非嗅觉组织中同样发现TAARs高表达,提示TAARs可能存在重要的异位生理功能。事实上,相关研究证实内源性以及外源性特定痕量胺通过作用于不同的TAARs在非嗅觉组织中参与调节多种生理功能,表明TAARs有成为新的诊断和治疗靶点的潜力。本文系统介绍了异位嗅觉TAARs的表达、内源性以及外源性的配体、食物中的生物胺、异位嗅觉TAARs介导的信号通路以及生理和病理功能的现有研究,一方面为未来药物靶点开发、生理病理学研究提供新思路,另一方面也为食品中生物胺的生物活性研究提供新的研究方向。

两种饵料驯养对长江鲟嗅觉器官发育及嗅觉感应能力的影响

为探究水蚯蚓和配合饲料驯养对长江鲟(Acipenser dabryanus)嗅觉系统影响,研究通过组织学方法观察长江鲟嗅觉器官发育,利用嗅觉电生理技术测量其嗅觉敏感性及采用行为选择实验比较两组不同饵料驯养长江鲟的摄食偏好差异。结果显示:44d和64d水蚯蚓组长江鲟与配合饲料组相比,嗅觉上皮细胞表面积更大,感觉细胞数量更多,纤毛层更厚;两组长江鲟对丙氨酸的嗅觉敏感性无显著差异(P>0.05),水蚯蚓组对甘氨酸和精氨酸的嗅觉敏感性更大(P<0.05);两组长江鲟对各自驯养饵料均表现出明显摄食偏好(P<0.05)。研究结果表明:不同饵料驯养会影响长江鲟的嗅觉器官发育和嗅觉感知能力,水蚯蚓驯化的长江鲟嗅觉器官接收和传导信号能力更强。对配合饲料喂养的长江鲟进行增殖放流前的饵料驯化有助于提高其放流后对自然饵料的嗅觉感知能力,增强野外摄食能力。

基于沟眶象属两近缘种不同虫态转录组的气味受体基因鉴定及表达分析

【目的】基于沟眶象属Eucryptorrhynchus两近缘种沟眶象E.scrobiculatus和臭椿沟眶象E.brandti不同虫态的转录组数据进行气味受体(odorant receptor,OR)基因的鉴定及表达特征分析,补充两种象甲的气味受体信息,为之后的功能研究提供理论依据。【方法】从沟眶象(幼虫、蛹和成虫)和臭椿沟眶象(卵、幼虫、蛹和成虫)不同虫态转录组数据库中筛选OR基因序列;基于两种象甲触角转录组数据,对两种象甲筛选得到的ORs进行种间和种内的序列比对;利用最大似然法对两种象甲新鉴定的ORs进行系统发育分析;根据两种象甲不同虫态转录组数据中OR基因的FPKM(fragments per kilobase per million mapped fragments)值对新鉴定的OR基因进行表达丰度分析;利用qPCR检测新鉴定的OR基因在沟眶象和臭椿沟眶象不同发育阶段和成虫不同组织中的表达谱。【结果】从沟眶象和臭椿沟眶象不同虫态转录组数据库中分别鉴定出6和4个OR基因,都具有完整的开放阅读框。根据与触角转录组数据的序列比对结果,从沟眶象和臭椿沟眶象分别新鉴定出4个(EscrOR50-53)和2个(EbraOR46-47)OR基因;在两象甲种间发现了一对可能的同源基因EscrOR53和EbraOR45。系统发育树显示,6个新鉴定的OR蛋白分属于鞘翅目OR亚家族2B和7。结合不同虫态转录组的FPKM数据及qPCR检测的时空表达谱得知,沟眶象3个和臭椿沟眶象2个新鉴定到的OR基因均在成虫的非嗅觉组织中高表达,且在卵、幼虫或蛹期也有表达。【结论】本研究明确了沟眶象和臭椿沟眶象不同虫态转录组中的气味受体基因及其时空表达谱,并且发现两种象甲的生殖器官中可能存在非嗅觉的功能性的ORs,提示其可能在发育的早期阶段就已发挥功能。

AC3缺失对小鼠MOE组织内相关因子及信号通路的影响

腺苷酸环化酶3（Adenylate cyclase 3,AC3）是膜整合蛋白,可将ATP变成cAMP,使cAMP信号通路受损,进而导致嗅觉丧失。主要嗅觉表皮（main olfactory epithelium,MOE）组织是感知和传导嗅觉信号的重要器官,主要通过环磷酸腺苷cAMP、肌醇1,4,5-三磷酸（Inositol 1,4,5-trisphosphate,IP3）、刺猬（Hedgehog,Hh）等3个信号通路进行嗅觉信号转导。MOE组织中有AC2、AC3、AC4等表达,为探讨当AC3缺失时,AC2和AC4是否可以发挥AC3作用介导嗅觉信号转导;AC3缺失是否通过引起IP3和Hh信号通路的改变而介导cAMP信号通路,本研究拟选取AC3缺失的小鼠和野生型小鼠各4只,以小鼠的MOE组织为实验材料,利用实时荧光定量PCR（q PCR）技术检测小鼠MOE组织内的AC2、AC4;检测IP3信号通路中的ip3r1、calm1、calm2;检测Hh信号通路中的patched、smoothened、gli1和gli2等基因的表达情况。结果显示,AC3缺失的小鼠中AC3几乎无表达;和野生型小鼠相比,AC3缺失的小鼠MOE组织中AC2、AC4表达量均显著下降（p〈0.05）,分别下调1倍和4倍;AC3缺失的小鼠IP3信号通路中的三磷酸肌醇Ⅰ型受体（type 1 inositol1,4,5-trisphosphate receptor,ip3r1）、calm1、calm2表达量均显著下降（p〈0.05）,分别下调0.3倍、10倍及4倍;AC3缺失的小鼠Hh信号通路中patched、smoothened、gli1和gli2的表达量均显著下降（p〈0.05）,分别下调0.4倍、10倍、10倍、4倍。因此,AC3缺失会导致cAMP信号通路的调节受损,进而影响AC3相关因子AC2和AC4的表达,同时抑制IP3和Hh信号通路的传导,在探究AC3基因敲出小鼠嗅觉丧失方面具有一定的指导意义。