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胞吞(endocytosis)是紧接着胞吐(exocytosis)后细胞膜恢复的一项重要生理功能。目前,去极化引起的胞吐所需时间的研究比较清楚,而配体引起的胞吞所需时间的研究甚少。配体-受体结合(ligand-receptorbinding,LRB)是细胞信号转导的初始步骤。细胞膜上的大部分受体包括G蛋白耦联受体(GPCR)和酪氨酸受体(receptortyrosinekinase,RTK)与配体的结合不能产生膜电流或引起胞内[Ca2+]升高,所以很难研究这类LRB的动力学效应。为了解决这个问题,本文发展了一整套实时记录单个活细胞上配体-受体结合引起的胞吞的技术。这套技术包括(1)膜片钳测量细胞膜电容(Cm);(2)共聚焦FM成像技术—具有高空间分辨率和高灵敏度;(3)连续时间扫描的共聚焦FM成像技术;(4)可分辨囊泡年龄的共聚焦FM成像技术。应用这些新发展的技术,我们发现在急性分离的DRG神经元上ADP-P2Y受体内吞所需的时间是1.7s,这比用传统生化方法的估测的时间精度(<2分钟)提高了两个数量级。另外,本研究还发现配体引起胞吞的囊泡和去极化引起胞吞的囊泡在胞内有着截然不同的分布方式。刺激3分钟后,ADP引起胞吞的囊泡均匀分布在胞浆内,而去极化引起胞吞的囊泡集中分布在细胞膜周边区域。ADP引起的胞吞和去极化引起的胞吞都需要胞体内dynein的参与。另外,神经生长因子(NGF)与TrKA(一种酪氨酸受体)结合也引起快速的胞吞。本文发展的实时检测LRB-胞吞技术,为针对GPCR的药物筛选提供了一种高速、高敏感和高通量的技术手段。
GPCR内吞是其信号转导的初始反应,本实验室以往的研究发现在大鼠SCG神经元上存在乙酰胆碱的M型受体(mAChRs)对乙酰胆碱的N型受体(nAChRs)介导的电流有明显的阻抑作用,即“M-抑制”。在此基础上,我进一步研究这种M-抑制的作用机制。用去甲肾上腺素和bradykinin能够模拟类似的M-抑制效应,而用somatostatin不能模拟这种M-抑制效应,这说明M-抑制效应是通过某种GPCR途径来实现的。U73122(PLC抑制剂)能够部分阻断M-抑制;phorbolmyristoylacetate(PKC激动剂)能够引发类似的M-抑制效应,而bisindolylmaleimide(PKC抑制剂)能够完全抑制PKC激动剂引发的对尼古丁电流的抑制效应,部分阻断methacholine引起的M-抑制。另外,8-Br-cAMP和forskolin(PKA激动剂)也能模拟这种M-抑制效应,而H89(PKA抑制剂)能够完全阻断PKA激动剂引发的对尼古丁电流的抑制效应,也能部分阻断M-抑制。此结果也提示PKA同时参与了M-抑制。上述结果表明M-抑制是通过GPCR途径来实现的,其中胞内的PKC水平和PKA水平升高是引起M-抑制的主要原因。
除了mAChRs,其它GPCR也调控细胞膜电流或分泌功能。ATP受体P2Y在DRG神经元上能抑制Ca通道电流。而在肾上腺嗜铬细胞上,P2Y能够通过缩短分泌小孔(fusionpore)的开放时间来调节量子化分泌的大小(Chenetal,NatureNeuroscience,inpress)。