動物對特定刺激所表現出來的各種先天性行為都源于程序性發(fā)育形成的某些神經環(huán)路的激活,。許多動物都把二氧化碳（CO2）作為一種重要的環(huán)境信號,，產生與自我生存和繁殖相關的各種先天性行為。在神經環(huán)路水平上,，通過對低等動物果蠅,、線蟲、蚊子等的研究表明,，對二氧化碳的檢測通常都是由一類特殊的感覺神經元來完成,。
2009年1月30日，北京生命科學研究所羅敏敏博士實驗室在PNAS在線發(fā)表了有關小鼠嗅覺系統(tǒng)檢測二氧化碳的分子機制研究的論文,。
小鼠作為一種經典模式實驗動物,，因其發(fā)達的嗅覺，被神經生物學家廣泛用于哺乳動物嗅覺系統(tǒng)的研究,。在以前的研究中羅敏敏實驗室首先發(fā)現并證明了二氧化碳可以通過項鏈嗅覺系統(tǒng)被小鼠靈敏地檢測到,，并且這樣靈敏的二氧化碳檢測能力需要碳酸酐酶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,，他們運用分子生物學,、生物化學、小鼠遺傳操作,、電生理,、鈣成像等多種實驗手段，證明了檢測二氧化碳的神經細胞中一種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,。通過對體外表達GC-D的深入研究,，首次發(fā)現碳酸氫根對它的激活完全不同于其同家族的其他膜蛋白的受調控方式。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構域與特定肽類小分子配體的結合而引發(fā)的一系列結構變化最終被激發(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的酶活結構域而引發(fā)的。至此,，這一研究對于哺乳動物對CO2檢測的分子機制提供了重要線索,，也為我們對定位于細胞膜的鳥苷酸環(huán)化酶的分子調節(jié)機制有了更廣泛而多樣的認識。
論文的第一作者孫麗明是我所和北京師范大學聯合培養(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），及杜克大學的Hiroaki Matsunami博士,。羅敏敏博士為本文通訊作者,。此項研究由科技部863計劃，北京市科委,，中國自然科學基金及人類前沿科學計劃（HFSP）資助,，在北京生命科學研究所完成。（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.
