电突触在果蝇嗅局部环路同步化电活动中的作用机制研究

本研究首次建立果蝇嗅局部神经元环路全细胞电生理信号记录系统,并证实果蝇嗅环路存在类似于哺乳类动物嗅环路的神经同步化活动。我们又发现，向该环路转入死亡基因或细菌钠通道破坏该同步化活动后，果蝇对苹果香气的识别功能被严重损坏。采用胆碱能，γ羟氨基丁酸能，谷氨酸能神经递质阻断剂，或温度控制型转基因果蝇shibire 排除化学神经突触传递后，该同步化活动模式被明显改变但仍然稳定存在。利用VDRC的RNAi文库筛选含有沉默目的电突触蛋白序列的转基因果蝇，在GAL4-UAS系统中使不同种类电突触蛋白的RNAi在果蝇嗅局部神经元环路中特异表达；RT-PCR将用于检测电突触蛋白的mRNA的表达水平；双细胞记录评估选择性基因沉默对同步化活动的影响。本项目拟证明何种电突触蛋白分子对该环路同步化活动发挥关键调控机制，为阐明电突触对该同步化活动的调控机制、确立电突触作为神经同步化活动的重要接点提供更充分的科学依据。

同步化电活动是神经系统中信息传递的基本方式和神经功能实现的基础，其产生的起源和作用机制尚未得到明确的阐明。电突触作为神经元间信息传递的基本形式，在产生和维持神经环路同步活动中起着至关重要的作用，电突触蛋白以何种机制参与神经环路同步活动仍待解释。基于以上科学问题，本研究利用课题组建立的果蝇全脑多细胞记录系统进行了深入研究，获得了一系列研究成果：建立了整体大脑同步化活动的研究、测量模型。实验结果提示嗅局部神经环路中存在广泛的同步化现象及该同步化现象与果蝇嗅功能相关联。初步探索了药理学实验和基因遗传学方法分别阻断经典化学突触传递后，对嗅环路同步化活动调控不同一性的原因。查出果蝇所有电突触蛋白的序列，构建了针对innexin4（v33277）和innexin7( v103256）的干扰RNA (RNAi)载体并通过RT-PCR进行了验证，并对基因沉默后的结果进行了评估。建立生物物理计算模型，结合电生理数据和计算结果对模式生物电活动机制和生物行为的内部机理进行了初步探索。希望为果蝇嗅环路机制研究提供基础科研资料。