保幼激素对黑腹果蝇睡眠和活动节律的调控机理

All animals including human on the earth, the rhythmic disorder of biological clock is one of primary factors for Interfering with the normal life activities. Therefore, the sleep and locomotor rhythm of animals are currently hot and focus area in the world. In insects, juvenile hormone (JH) is one of the most important endocrine hormones synthesized primarily in the Corpora Allata (CA) with neural connections to the brain, that play a central role in the control of many biological processes such as development and reproduction (Zhang et al., 2010). In Drosophila melanogaster, we utilitied the technique of the Gal4/UAS to regulate expressions of target gene in brain or CA, and found that JH involved in regulating sleep and circadian locomotor rhythm (Please see the work basis below). In this fundation, we will explore detailedly the regulative action of JH on sleep and circadian locomotor rhythm, and further work on correlations between JH and clock genes. This will supply important theoretical basis for cognition of biological rhythm in animals, and there is critical scientific meaning to the disciplinary development.

地球上所有动物包括人类，其生物钟节律的紊乱是妨碍正常生命活动的主导因素之一，因此睡眠和活动节律目前是国际上研究的热点和焦点领域。保幼激素（Juvenile Hormone, JH）是昆虫体内最重要的内分泌激素之一，主要由咽侧体（Corpora Allata, CA）合成和分泌。并受到脑中枢的控制。昆虫在生长发育、蜕皮变态及生殖等过程中，保幼激素均发挥着非常重要的调控作用（Zhang et al., 2010）。在黑腹果蝇中，我们通过Gal4/UAS转基因技术调控CA细胞中靶标基因的表达，初步发现JH参与调控其睡眠和昼夜活动节律（见下面前期工作基础）。本项目将在此基础上详细研究JH对睡眠和昼夜节律的行为调控，以及JH与钟基因之间的互作关系，进而探索JH参与的生物钟节律的新的调控基因和作用机制。因此，该项目的实施为生物节律的认知提供重要的理论依据，对学科发展也具有重要的科学意义。

保幼激素（JH）是昆虫的重要激素之一，对昆虫的生长、发育、交配、繁殖、迁飞等均具有重要的调节作用。然而，保幼激素参与生物钟调控睡眠和昼夜活动节律，以及其调控机理尚属空白。而每日睡眠和活动节律是所有动物所具有的主动的活动行为，它的缺失将引起机体的免疫力下降、发育紊乱、神经退行性疾病的发生、生殖率和存活力下降等。本项目围绕JH及其受体对果蝇的睡眠和活动节律及其调控机理进行了详细研究，阐明了JH信号通路调控其睡眠和节律的分子机理，这为昆虫生物钟如何调控其睡眠和昼夜节律提供了新的认识，具有重要的科学意义。.本项目通过转基因技术、每日节律的行为监测和分析技术、定量实时萤光qRT-PCR和免疫组化等技术，揭示了JHAMT表达变化对睡眠和昼夜活动节律的影响；明确了JH对睡眠和昼夜节律行为的调控机理；阐明了JH与生物钟功能基因的相互关系；明确了JH对睡眠和活动节律的内在调控机理。.本项目突破性地研究和阐明了JH信号通路调控睡眠和活动的内在分子调控机理，取得的创新性科研成果主要包括：（1）揭示了GCE作为保幼激素的受体之一介导了保幼激素对睡眠雌雄二型性的调控作用。（2）JH-GCE信号是通过性别基因调控其果蝇睡眠的雌雄二型性，在雌虫中通过雌虫特异的性别基因SXL/TRA/DBX，在雄虫中通过雄虫特异的性别基因FRU/DBX发挥作用。（3）明确了保幼激素的另一受体met调控果蝇睡眠和活动节律的分子和神经机制，其中创新性地发现了脑胶质细胞中的met受体通过调控脑中蘑菇体（MB）的融合和腹侧钟神经元（LNvs）的突触剪切来控制其睡眠和活动。（4）进一步研究发现，met受体的下游基因GART参与取食节律的调控，并且受到核心钟基因的控制。（5）此外，本项目也揭示了miR263a/b和miR276a/b参与生物钟活动节律和睡眠的调控机理。.上述研究进展和重要结果已经部分发表在著名SCI国际学术期刊PloS Genetics、Cells、FEBS Letters、International Journal of Molecular Biology杂志，还有3篇文章待发表。这些成果对于充分了解昆虫生物钟调控其活动节律和睡眠行为的机理具有重要的科学意义。