伤害性感受的分子机制及神经环路的研究

Caenorhabditis elegans is a useful model for the study of sensation. However, little is known about nociception in this organism. We establish it as a genetic model for studying the nociception in our previous work. Laser ablations identify distinct sets of neurons required for nociception. Optogenetic manipulation of the nociceptive neurons can drive avoidance behavior. In vivo patch-clamp recordings reveal that some mechanically-gated channels mediate nociceptive stimuli-evoked currents in nociceptive neurons. Although the activity of mechanically-gated channels has been detected in many metazoans, very little is known about their molecular identities and their roles in nociception. Furthermore, the underlying mechanisms of the nociceptive information transduction and conduction in neural circuits are not well understood. In this proposal, we will characterize the novel sensory channels and factors mediating nociception in C. elegans and investigate how nociceptive neurons communicate. Our studies lay the foundation for future work which elucidates the molecular mechanisms underlying nociception in C. elegans, and may advance our understanding of pain sensation in higher organisms.

秀丽线虫常被用作模式动物来研究感觉。但人们对它的伤害性感受却所知甚少。我们前期的工作使得它成为一种很好的研究伤害性感受的遗传模式动物，并且利用激光损毁的技术首次鉴定了秀丽线虫一系列的伤害性感受神经元；用光遗传学的方法激活这些伤害性感受神经元能够模拟秀丽线虫对伤害性感受的逃避反应；在其中部分神经元上，我们进一步采用在体膜片钳记录技术鉴定了一些机械门控的离子通道所介导的伤害性刺激激活的电流。尽管在许多多细胞生物中都发现了机械门控的离子通道，但是它们在伤害性感受中的作用并不十分明确。伤害性刺激在神经环路中如何被转换、传导的分子机制也不甚明了。在本研究中，我们将进一步鉴定更多新的与伤害性感受相关的离子通道和调节因子，并在此基础上深入研究伤害性感受神经环路。我们的研究将为阐明秀丽线虫伤害性感受的分子机制和调控网络奠定基础，从而加深我们对高等动物痛觉的理解。

我们利用秀丽线虫的遗传学优势，建立了新的伤害性感受模型，大规模筛选参与调节、激活伤害性感受通路的各种遗传与表观遗传基因。结合多种研究手段包括分子遗传学、成像技术、电生理、行为学及新的单细胞测序技术研究了其中的人类同源基因，鉴定了新的参与伤害性感受相关的重要遗传与表观遗传基因。深入地研究了伤害性感受的分子机制、调控网络与相关神经元。找到对应的阻断秀丽线虫伤害性感受的两种表观遗传阻断剂，下一步将作为潜在的镇痛药物用于哺乳动物的镇痛研究。我们还利用新的单细胞测序技术，研究了大鼠慢性痛疾病模型中，参与慢性痛形成的基因，并研究了其中部分通道蛋白及其亚基参与慢性痛调节的机制。我们的研究阐释了秀丽线虫伤害性感受的遗传与分子遗传调控机制，加深了我们对大鼠及高等动物痛觉形成的机制的理解。