罗敏敏继Science后PNAS再发成果

据北京生命科学研究所报道，2009年1月30日，北京生命科学研究所罗敏敏博士实验室PNAS杂志在线发表题为“Guanylyl cyclase-D in the olfactory CO2 neurons is activated by bicarbonate”的文章。该文报道了小鼠嗅觉系统检测二氧化碳的分子机制。

　　

生物通综合，2009年1月30日，北京生命科学研究所罗敏敏博士实验室PNAS杂志在线发表题为“Guanylyl  cyclase-D  in  the  olfactory  CO2  neurons  is  activated  by  bicarbonate”的文章。该文报道了小鼠嗅觉系统检测二氧化碳的分子机制。

 

早在2007年，罗敏敏首次证实小鼠可通过一类特殊的嗅觉神经元感受接近于空气中浓度的二氧化碳，当年该研究成果登上了Science杂志。罗敏敏沿着这一课题继续研究小鼠的二氧化碳检测系统，今年在PNAS上又发布新的研究成果。

 

在本研究中，他们运用分子生物学、生物化学、小鼠遗传操作、电生理、钙成像等多种实验手段，证明了检测二氧化碳的神经细胞中一种D型鸟苷酸环化酶(GC-D)能够直接被二氧化碳的代谢物——碳酸氢根所激活。通过对体外表达GC-D的深入研究，首次发现碳酸氢根对它的激活完全不同于其同家族的其他膜蛋白的受调控方式。以A型鸟苷酸环化酶(GC-A)为例，其鸟苷酸环化酶的活性是基于这一膜蛋白的胞外结构域与特定肽类小分子配体的结合而引发的一系列结构变化最终被激发。然而GC-D的鸟苷酸环化酶的活性却是通过碳酸氢根直接作用于胞内的酶活结构域而引发的。至此，这一研究对于哺乳动物对CO2检测的分子机制提供了重要线索，也为我们对定位于细胞膜的鸟苷酸环化酶的分子调节机制有了更广泛而多样的认识。

 

论文的第一作者孙丽明是北京生命科学研究所和北京师范大学联合培养的博士生。论文的其他作者还有本所的王华翌（博士后），胡霁（博士后），韩金龙（博士生），及杜克大学的Hiroaki  Matsunami博士。罗敏敏博士为本文通讯作者。此项研究由科技部863计划，北京市科委，中国自然科学基金及人类前沿科学计划（HFSP）资助，在北京生命科学研究所完成。

 

原文检索：Guanylyl cyclase-D in the olfactory CO2 neurons is activated by bicarbonate

Atmospheric CO2 is an important environmental cue that regulates several types of animal behavior. In mice, CO2 responses of the olfactory sensory neurons (OSNs) require the activity of carbonic anhydrase to catalyze the conversion of CO2 to bicarbonate and the opening of cGMP-sensitive ion channels. However, it remains unknown how the enhancement of bicarbonate levels results in cGMP production. Here, we show that bicarbonate activates cGMP-producing ability of guanylyl cyclase-D (GC-D), a membrane GC exclusively expressed in the CO2-responsive OSNs, by directly acting on the intracellular cyclase domain of GC-D. Also, the molecular mechanism for GC-D activation is distinct from the commonly believed model of “release from repression” for other membrane GCs. Our results contribute to our understanding of the molecular mechanisms of CO2 sensing and suggest diverse mechanisms of molecular activation among membrane GCs.

 

附：

留学美国博士罗敏敏获“青年科学家奖”

罗敏敏博士与Hiroaki　Matsunami博士日前共同获得人类前沿科学计划组织颁发的“青年科学家奖”。该奖项将资助北京生命科学研究所的罗敏敏实验室及美国杜克大学医学中心的Matsunami实验室3年共75万美元科研经费。

 

 罗敏敏毕业于北京大学心理学系，后赴美国宾夕法尼亚大学获计算机科学硕士学位，之后师从D.J.　Perkel博士做神经科学研究，获宾夕法尼亚大学博士学位。在霍华德-休斯医学院和杜克大学做了近5年博士后。2005年8月罗敏敏在北京生命科学研究所建立实验室，从事神经生物学方面的研究。

 

获奖后，杜克大学Matsunami博士实验室与北京生命科学研究所罗敏敏博士实验室将联合运用遗传工程、神经示踪、电生理及行为分析等手段，研究“项链嗅觉系统”的受体表达、生理反应特点、中枢投射的方式及其对行为的调控。通过结合两个实验室在分子遗传学及系统神经科学的专长，这一研究完全有潜力从基因水平到行为水平解开此一特殊嗅觉通路信息处理的神秘难题。