脊椎动物色素细胞非光依赖磁响应的规律及分子机制

Multiple organisms have developed special ability to sense the geomagnetic field (GMF) during the evolution on the earth. However, the mechanisms for sensing the GMF, especially the light-independent sensation, is a key question remained to be elucidated in life science. The applicants reported culture cells can respond to shielding of the GMF in dark with the involvement of several candidate receptors. But evidence for their role in vivo are necessary to be provided for the lack of vetebrate models. Recently we found GMF alteration disturbs Xenopus skin pigment adaption to dark, which support the presence of light-independent sensor and signaling pathway for magnetosensation. In this project, we’ll check the role of pigment cells, the skin pigment regulators and magnetoreceptor candidates on the pigment response, to identify the key member and signaling pathway for the light-independent magnetosensation, and search for the common mechanism of diverse magnetic responses of different cells. The results will provide a sound foundation to foresee the effect of GMF alteration, develop health care for clinical application, and manned space exploration.

地球生命在地磁场中起源和演化，多种生物发展出了独特（尤其在黑暗环境中）的地磁感应能力，但生物体如何感知和响应地磁场变化是生物学中尚待阐明的基本科学问题，尤其非光依赖的磁响应效应和机制研究缺乏合适的脊椎动物模型。本项目申请者发现爪蛙皮肤色素、多种动物细胞和分子可在无光条件下响应磁场的变化，提示其中存在非光依赖磁受体或信号传递途径。本项目拟构建便于分子功能检测的非光依赖磁响应脊椎动物和细胞模型，研究爪蛙皮肤色素调控通路成员、以及相关候选磁响应分子在其磁响应中的作用；揭示其感知磁场的分子基础及信号传递途径，深入探索生物磁响应的基本规律和机制，为磁效应在医学相关领域中的应用，载人航天面临的空间磁场变化的干预技术及其应用研究提供数据。

地球生命在地磁场中起源和演化，多种生物发展出了独特（尤其在黑暗环境中）的地磁感应能力，但生物体如何感知和响应地磁场变化是生物学中尚待阐明的基本科学问题，尤其非光依赖的磁响应规律和机制研究缺乏合适的脊椎动物模型。.申请人团队前期研究发现爪蛙皮肤色素、多种动物细胞和分子可在无光条件下响应磁场的变化，本项目在此基础上构建了便于检测的非光依赖磁响应动物模型以及多种细胞模型，并进一步研究相关候选磁响应分子在其磁响应中的作用及其信号传递途径。.研究结果发现磁场可通过直接和间接作用调控色素细胞响应。候选磁感受分子Cry2是爪蛙胚胎皮肤色素非光依赖磁响应的必要因子，并主要通过视觉通路介导色素调控。而体外培养中，包括色素细胞在内的多种细胞可以直接响应磁场变化。磁感受相关分子Cry1、Cry2 和Isca1在细胞增殖、迁移不同磁响应中的作用存在差异；而线粒体相关的能量代谢抑制是介导多种细胞磁响应的共同通路，并与磁场变化导致的爪蛙蝌蚪、小鼠运动能力抑制相关。本项目研究结果获得对不同动物和细胞非光依赖磁响应规律和机制的新认识、并为其更深入研究和应用提供了亟需的动物和细胞模型。其中特定磁场对肿瘤细胞的促衰老和转移抑制作用提示磁场干预可能为肿瘤治疗提供非侵入辅助干预技术，而亚磁抑制线粒体功能和运动能力效应为航天医学中亚磁环境的健康风险评估和干预提供了基础研究数据。