動(dòng)物對(duì)特定刺激所表現(xiàn)出來的各種先天性行為都源于程序性發(fā)育形成的某些神經(jīng)環(huán)路的激活,。許多動(dòng)物都把二氧化碳（CO2）作為一種重要的環(huán)境信號(hào)，產(chǎn)生與自我生存和繁殖相關(guān)的各種先天性行為,。在神經(jīng)環(huán)路水平上，通過對(duì)低等動(dòng)物果蠅、線蟲、蚊子等的研究表明，對(duì)二氧化碳的檢測(cè)通常都是由一類特殊的感覺神經(jīng)元來完成,。
2009年1月30日，北京生命科學(xué)研究所羅敏敏博士實(shí)驗(yàn)室在PNAS在線發(fā)表了有關(guān)小鼠嗅覺系統(tǒng)檢測(cè)二氧化碳的分子機(jī)制研究的論文,。
小鼠作為一種經(jīng)典模式實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,，因其發(fā)達(dá)的嗅覺，被神經(jīng)生物學(xué)家廣泛用于哺乳動(dòng)物嗅覺系統(tǒng)的研究,。在以前的研究中羅敏敏實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)現(xiàn)并證明了二氧化碳可以通過項(xiàng)鏈嗅覺系統(tǒng)被小鼠靈敏地檢測(cè)到,，并且這樣靈敏的二氧化碳檢測(cè)能力需要碳酸酐酶II的活性及環(huán)鳥苷酸敏感的離子通道的開放。在本研究中,，他們運(yùn)用分子生物學(xué),、生物化學(xué)、小鼠遺傳操作,、電生理,、鈣成像等多種實(shí)驗(yàn)手段，證明了檢測(cè)二氧化碳的神經(jīng)細(xì)胞中一種D型鳥苷酸環(huán)化酶(GC-D)能夠直接被二氧化碳的代謝物——碳酸氫根所激活,。通過對(duì)體外表達(dá)GC-D的深入研究,，首次發(fā)現(xiàn)碳酸氫根對(duì)它的激活完全不同于其同家族的其他膜蛋白的受調(diào)控方式。以A型鳥苷酸環(huán)化酶(GC-A)為例,，其鳥苷酸環(huán)化酶的活性是基于這一膜蛋白的胞外結(jié)構(gòu)域與特定肽類小分子配體的結(jié)合而引發(fā)的一系列結(jié)構(gòu)變化最終被激發(fā),。然而GC-D的鳥苷酸環(huán)化酶的活性卻是通過碳酸氫根直接作用于胞內(nèi)的酶活結(jié)構(gòu)域而引發(fā)的。至此,，這一研究對(duì)于哺乳動(dòng)物對(duì)CO2檢測(cè)的分子機(jī)制提供了重要線索,，也為我們對(duì)定位于細(xì)胞膜的鳥苷酸環(huán)化酶的分子調(diào)節(jié)機(jī)制有了更廣泛而多樣的認(rèn)識(shí)。
論文的第一作者孫麗明是我所和北京師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生,。論文的其他作者還有本所的王華翌（博士后）,，胡霽（博士后），韓金龍（博士生）,，及杜克大學(xué)的Hiroaki Matsunami博士,。羅敏敏博士為本文通訊作者。此項(xiàng)研究由科技部863計(jì)劃,，北京市科委，中國自然科學(xué)基金及人類前沿科學(xué)計(jì)劃（HFSP）資助,，在北京生命科學(xué)研究所完成,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
PNAS Published online before print January 30, 2009, doi: 10.1073/pnas.0812220106
Guanylyl cyclase-D in the olfactory CO2 neurons is activated by bicarbonate
Liming Suna,b, Huayi Wanga, Ji Hua, Jinlong Hana,b, Hiroaki Matsunamic and Minmin Luoa,1
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 CO2sensing and suggest diverse mechanisms of molecular activation among membrane GCs.
