姚鏡課題組在PNAS發(fā)文報道了TRP通道研究的新進展
2022年4月22日，《美國科學院院報》（PNAS）在線刊發(fā)了武漢大學生命科學學院姚鏡教授課題組的最新研究進展，論文題目為“Identification of an arthropod molecular target for plant-derived natural repellents（在節(jié)肢動物中解析了植物源驅(qū)蟲劑的分子靶標）”。
瞬時受體勢（Transient Receptor Potential, TRP）通道在化學及物理信息感知、中樞信息處理等過程中發(fā)揮重要功能。作為感覺系統(tǒng)先驅(qū)的TRP通道，在進化中相當保守，從低等微生物到高等脊椎動物體中均廣泛存在。節(jié)肢動物誕生于五億多年前的寒武紀大爆發(fā)時期，構(gòu)成了如今動物界種類最多的一個門類。它們參與生態(tài)平衡的維持，與人類生產(chǎn)、生活關(guān)系密切，但同時也是疾病傳播的載體。植物在長期進化過程中與節(jié)肢動物建立了不可分割的關(guān)系，比如植物借助節(jié)肢動物進行傳花授粉，同時植物也會產(chǎn)生一些天然化合物來防御某些節(jié)肢類天敵。現(xiàn)今，從植物中分離提取的天然化合物提供了一種環(huán)保且有效的驅(qū)蟲策略，但其在節(jié)肢動物中的直接分子靶點仍待進一步闡明。
被譽為“活化石”的蝎子（scorpion）有著4億4千萬年的進化史，在地球上廣泛分布，歷經(jīng)各種極端環(huán)境變遷而存續(xù)了下來。為探究TRP通道介導的應激響應在蝎子對環(huán)境適應中的貢獻，課題組選取了在我國廣泛分布的東亞鉗蝎（Mesobuthus martensii）為研究對象，通過建立新的行為學模式（圖1A），探究了不同驅(qū)蟲藥物對蝎子行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)蝎對從香茅中提取的天然驅(qū)蟲劑‘香茅醛’和‘香茅醇’表現(xiàn)出較強的規(guī)避反應（圖1B）。進一步，研究人員成功分離了蝎子的外周感覺神經(jīng)元并進行了藥物刺激下的電生理記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩種化合物均能強力激活神經(jīng)元，且此激活效應能被TRP通道的廣譜抑制劑所抑制（圖1C-G）。通過調(diào)研武漢大學生命科學學院李文鑫等老師成功建立的東亞鉗蝎基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫, 利用TRP通道蛋白的保守結(jié)構(gòu)域，結(jié)合基因組篩選及膜片鉗電生理實驗，研究人員首次克隆并鑒定了一個表達于東亞鉗蝎中的瞬時受體勢電位通道，命名為sTRP1。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該通道能夠被外源表達在HEK293細胞中，并和蝎外周神經(jīng)元一樣能夠有效響應天然驅(qū)蟲劑的刺激（圖1H-J）。
圖1. 天然驅(qū)蟲劑香茅醛和香茅醇靶向激活蝎子sTRP1通道，進而介導蝎子的規(guī)避反應。
為進一步明確sTRP1通道介導的化學感受在蝎規(guī)避行為中的作用，研究人員通過基因進化樹分析和蛋白序列比對發(fā)現(xiàn)表達在黑腹果蠅中的trpγ基因與strp1基因具有較高相似性（圖2A）。先前的研究結(jié)果顯示果蠅的TRPγ作為dTRPL通道的配體亞基在果蠅視覺光感受中發(fā)揮作用，隨后的研究則表明dTRPγ還定位于果蠅腿關(guān)節(jié)部位參與調(diào)控果蠅的精細運動。利用sTRP1通道的激動劑，研究人員深入開展了針對dTRPγ的電生理研究，結(jié)果表明trpγ基因所編碼的蛋白也是一種離子通道，響應天然驅(qū)蟲劑香茅醛和香茅醇的刺激（圖2B-D）。在果蠅中開展了氣體接觸趨避實驗（Direct airborne repellent test, DART），結(jié)果顯示野生型果蠅對天然驅(qū)蟲劑香茅醛和香茅醇刺激表現(xiàn)出強烈的規(guī)避行為，而將果蠅中所表達的13種不同的trp基因逐個敲除，唯有trpγ基因缺失的果蠅失去了對天然驅(qū)蟲劑的規(guī)避反應（圖2E），表明dTRPγ通道亦是一種化學感受器，參與果蠅對環(huán)境的適應性調(diào)節(jié)。
圖2. 作為蝎trp1同源基因的果蠅trp?亦編碼為功能性的離子通道，介導天然驅(qū)蟲劑香茅醛和香茅醇的刺激，誘發(fā)果蠅規(guī)避避反應。
姚鏡課題組聚焦TRP通道調(diào)控及其在健康與疾病中的意義進行了系統(tǒng)研究。近年來，在深入解析TRP通道的門控機制與功能調(diào)控機理的基礎(chǔ)上（PNAS, 2019; J. Biol. Chem. 2020; Front. Cell Dev. Biol., 2021），揭示了其在生理病理過程中的關(guān)鍵作用（Nat Commun., 2018；FASEB J., 2020；eLife, 2021; BMC Biol., 2022）。本項研究則揭示了瞬時受體勢通道sTRP1/dTRP?作為天然驅(qū)蟲劑的分子靶標，參與介導節(jié)肢動物對環(huán)境的適應性調(diào)節(jié)，擴展了對TRP通道在跨物種尺度上的功能性理解。武漢大學生命科學學院的田泉、王培宇和謝暢為本文的共同第一作者，龐培源、張由婧、高悅、李欣欣、張傳庚和胡娟等同學也參與了研究，姚鏡教授為通訊作者。此外，武漢大學的李文鑫、吳英亮、曹志賤老師，法國國家健康與醫(yī)學研究院的李棟棟研究員和美國德克薩斯大學休斯頓健康科學中心的Michael X. Zhu教授參與了該項研究。果蠅相關(guān)研究得到了武漢大學醫(yī)學研究院宋威和華中科技大學張珞穎等老師的幫助。該研究工作得到了國家自然科學基金、湖北省自然科學基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金等的項目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2118152119
版權(quán)與免責聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com