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解读发育过程中精细的神经内分泌调节系统

所有动物的发育、生长和繁殖都受到高度调控。这些过程的关键组成部分之一是类固醇激素的精确作用。在一项新的研究中,筑波大学(University of Tsukuba)的研究人员发现了一种调节途径,可以控制蜕皮类固醇生物合成(ecdy甾体biosynthesis),这是一种存在于果蝇黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)体内的类固醇激素,从而在从生长到成熟的发育过程中实现适当的体型调整。

类固醇激素是发育过程中生长和成熟的关键。因为不同的发育阶段需要不同数量的类固醇激素,中枢神经系统严格地控制着它们的合成。在果蝇中,其中一种控制机制包括促胸激素(PTTH)的产生,众所周知,促胸激素对于维持低水平或基础水平的蜕皮激素水平以及刺激特定时间点的高水平蜕皮激素的产生以促进正常发育非常重要。

“产生的类固醇激素的数量决定了它的功能,”该研究的资深作者Ryusuke Niwa教授说。“蜕皮类固醇的基础水平对于抑制幼虫的生长很重要,而高峰水平则有助于以后的成熟。”我们研究的目的是进一步了解是什么机制调节PTTH活性的基础蜕皮类固醇生物合成。”

为了实现他们的目标,研究人员使用荧光显微镜发现,在果蝇体内,产生科拉宗蛋白(corazonin, Crz)的神经元与产生ptth的神经元发生了物理接触。接下来,他们用电子显微镜来更详细地研究这些神经元之间的联系。他们发现所谓的“致密核泡”(DCVs)的融合位点存在于Crz神经元和PTTH神经元之间,这表明它们之间存在相互交流。失活Crz神经元导致蛹体尺寸增大,但不影响幼虫向蛹转化的时间。有趣的是,Crz神经元活性被抑制的幼虫在L3期生长得更快,L3期是果蝇的最后一个幼虫期。

该研究的第一作者Eisuke Imura说:“这些发现表明了Crz神经元在L3期是如何控制生长的。”“利用液相色谱/质谱分析20-羟基蜕皮激素的活性形式,我们还发现Crz神经元控制基础蜕皮激素生物合成的时间。我们想知道l3中期在分子水平上发生了什么,以及Crz神经元本身是如何被调节的。”

研究人员利用荧光显微镜研究了Crz信号的下游分子,发现PTTH神经元上的Crz受体在l3中期幼虫取食期的水平高于l3后期幼虫游走期。通过对代表Crz受体介导信号的钙水平成像,研究人员进一步证实,Crz神经元只在l3中期影响PTTH神经元。在寻找调节Crz信号的分子的过程中,研究人员发现,神经递质章鱼胺的缺失,复制了使Crz神经元失活的效果。

这项研究的通讯作者Shimada-Niwa教授说:“这些惊人的结果表明,Crz在幼体阶段是调节身体大小的关键分子。”“我们的发现为神经元轴在发育过程中调节生长和成熟提供了新的见解。”

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