動物所發現一氧化氮響應環境變化誘導運動可塑性的精確機制

2020-12-06 中國科學院

　　一氧化氮（NO）是一種氣體信使分子，已被揭示在心腦血管調節、神經、免疫調節、運動能力等方面發揮重要作用。一氧化氮合成酶（NOS）是NO合成過程的關鍵限速酶，直接調控細胞中的NO含量。目前，在脊椎動物中已經發現三種NOS 編碼基因（neural NOS, inducible NOS, epitheial NOS），其轉錄調控機制已被陸續報導。然而，在較低等的無脊椎動物中只發現了一種NOS編碼基因，其轉錄調控機制鮮有報導。

　　中國科學院動物研究所王憲輝研究組前期工作發現飛蝗中兩個同源神經肽F，NPF1a及NPF2，以一種類似「雙保險」的剎車機制，分別在磷酸化水平和轉錄水平上抑制一氧化氮合成酶（NOS）的活性，降低NO含量，進而調控飛蝗型變過程中的運動可塑性（Hou et al, 2017, eLife）。最近，研究人員進一步揭示出一個重要的轉錄因子CREB-B，介導了NPF2對NOS轉錄的抑制作用，參與飛蝗運動可塑性的調控。CREB-B與NOS共定位於飛蝗腦部負責整合感覺與運動的前腦橋區。CREB-B蛋白的110位絲氨酸磷酸化動態地響應飛蝗種群密度的變化，並受到神經肽NPF2的負調控。在群居飛蝗中幹擾CREB-B基因顯著降低飛蝗的運動活性，在散居飛蝗中幹擾CREB-B則可以阻斷NPF2基因沉默對運動活性的促進作用。蛋白激酶A（PKA）介導了NPF2對CREB-B磷酸化和NOS轉錄水平的抑制作用。該項研究首次報導昆蟲中NOS基因的轉錄調控機制，揭示了NPF2/PKA/CREB-B/NOS這一信號通路對飛蝗運動可塑性的精確調控，為理解NO含量響應環境變化的分子基礎及運動可塑性發生機制提供了重要的線索。

　　該文章於5月31日以CREB-B acts as a key mediator of NPF/NO pathway involved in phase-related locomotor plasticity in locusts 為題在線發表於PLoS Genetics 雜誌（doi: 10.1371/journal.pgen.1008176）。第一作者為助理研究員侯麗，通訊作者為研究員王憲輝和康樂。該課題得到中科院先導B項目和國家自然科學基金委項目的資助。

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不同物種NOS蛋白系統進化關係分析 

 

NPF2/PKA/CREB-B/NOS通路調控飛蝗運動可塑性模式圖 

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