5-HTR介导的信号转导对刺参夏眠期间摄食的调控及其机理研究

Change of feeding behavior is one of the most obvious physiological regulations in aestivating animal. The study of regulatory mechanism of food intake during aestivation is an important part of the research on molecular mechanism in aestivation. This project is mainly about the study of sea cucumber Apostichopus japonicus on the feeding regulation during aestivation. Based on the G protein-coupled receptor (GPCR) genes obtained in preliminary studies, the in-depth study of signal transduction mechanisms and structure-activity of A. japonicus 5-HT receptor (5-HTR) will be carried out using cellular signal transduction research techniques; the physiological regulatory function of A. japonicus 5-HTR in food intake will be verified and revealed by RNA interference technology; the role of 5-HT and 5-HTR in food intake regulation during A. japonicus aestivation will be recognized through the aestivation inducing experiments in laboratory. With the molecular biological, cell biological, physiological and biochemical research, a comprehensive investigation of the 5-HT and 5-HTR action in ingestion behavior of sea cucumbers will be performed. It will help us to make good understand about the role of 5-HT in food intake regulation during aestivation in A. japonicus and progress in theoretical research achievements of aestivation, it also promotes the GPCR research in marine biology and provides new ideas for the discovery of the physiological regulation mechanism in marine organisms.

摄食停止是动物夏眠期间最明显的生理现象之一，深入研究夏眠期间摄食调控机理是揭示夏眠机制的重要内容。本项目以重要海洋经济水产物种刺参为研究对象，在前期研究获得了刺参G蛋白偶联受体（GPCR）基因全长的基础上，采用细胞信号转导研究技术，深入研究刺参5-羟色胺受体（5-HTR）的信号转导和构效机制；利用RNA干扰技术，揭示刺参5-HTR介导的信号转导在刺参摄食调控中的生理功能；通过室内诱导刺参夏眠实验，阐明刺参夏眠期间各组织中5-羟色胺（5-HT）含量及5-HTR基因表达调控过程；综合以上结果，探明5-HTR介导的信号转导对刺参夏眠期间摄食的调控及其机理。本项目的实施，将有助于从本质上认识和揭示5-HTR在刺参夏眠期间摄食调控中的作用机理，获得动物夏眠调控基础理论的新成果；同时将推进海洋生物GPCR研究进展，为海洋生物生理调控研究提供新的思路。

刺参具有明显的夏眠行为，待海水温度上升至一定范围时，出现停止摄食、代谢减退等一系列生理生态调整。5-羟色胺（5-HT）是参与动物摄食及代谢调控的重要神经递质和神经激素，其通过不同型的受体（5-HTRs）的激活和信号转导，调控靶组织功能而实现生理活性。探讨5-HT/5-HTR系统在刺参夏眠期间摄食及代谢调控中的作用，将深入理解刺参夏眠机制，丰富动物夏眠调控基础研究理论。.本项目成功鉴定了一个具有可被5-HT激活并介导胞内信号转导的受体蛋白；研究了该受体在刺参夏眠过程中的调控特征；检测分析了刺参夏眠过程中不同组织的5-HT浓度变化；结合刺参夏眠期间能量代谢调控研究以及5-HT生理功能实验，综合探讨5-HT/5-HTR系统在刺参夏眠的摄食及代谢调控作用机制。具体研究结果如下：.1. 成功鉴定该刺参5-HTR为4型受体（即5-HT4R），由336个氨基酸编码组成，具有典型的GPCRs蛋白结构特征，可在HEK293细胞中较好地定位于细胞膜上；可被5-HT激活后介导胞内cAMP信号，其半最大效应浓度为53.28 ± 9.51 nM，并且激活后发生明显的内吞。.2. 刺参夏眠期间，5-HT4R基因表达量显著下降，并且5-HT含量亦出现显著下调；这种下调现象在野外采样及室内诱导的夏眠刺参中的多个组织中均有发现。.3. 通过5-HT注射为主的生理实验研究，检测分析了5-HT作用下的刺参能量代谢调控特征，结合5-HT/5-HT4R在刺参夏眠期间的调控研究结果，明确了该系统可提升刺参能量代谢率，推测刺参夏眠期间该系统的减退，可能与摄食停止和代谢降低有密切联系。.本项目主要分析和鉴定了刺参5-HTR受体蛋白结构及活性特征，探讨了5-HT/5-HTR系统在刺参摄食及代谢调控中的功能，建立了一批围绕刺参功能蛋白活性鉴定及细胞生物学研究相关的技术方法，为深入研究刺参生物学基础理论提供重要支持和理论参考。