來(lái)自北京生命科學(xué)研究所、賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員首次直接比較了嗅感覺(jué)神經(jīng)元與其對(duì)應(yīng)的嗅球投射神經(jīng)元對(duì)氣味信息的表征方式，探討了嗅球的信號(hào)處理機(jī)制。這一研究成果公布在《Neuron》雜志上。

文章的通訊作者是北京生命科學(xué)研究所的羅敏敏研究員。1995年本科畢業(yè)于中國(guó)北京大學(xué)心理學(xué)系的羅敏敏研究員長(zhǎng)期以來(lái)都從事嗅覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究，早在2007年，就首次證實(shí)小鼠可通過(guò)一類(lèi)特殊的嗅覺(jué)神經(jīng)元感受接近于空氣中濃度的二氧化碳，當(dāng)年該研究成果登上了Science雜志。

在自然界中存在成千上萬(wàn)種氣味分子，動(dòng)物對(duì)這些氣味分子有著驚人的識(shí)別能力。鼻腔中的嗅上皮內(nèi)的嗅感覺(jué)神經(jīng)元表達(dá)上千種氣味受體，而表達(dá)同種氣味受體的嗅感覺(jué)神經(jīng)元投射到嗅球表面相同的嗅小球中，與特定的嗅球投射神經(jīng)元僧帽/叢狀細(xì)胞形成形成興奮性突觸性連接。在嗅覺(jué)系統(tǒng)中的一個(gè)重要而具爭(zhēng)論性的問(wèn)題是，嗅球中的投射神經(jīng)元怎樣編碼感覺(jué)神經(jīng)元向其傳遞的嗅覺(jué)信號(hào)。

為回答這一問(wèn)題，研究小組通過(guò)在定點(diǎn)基因轉(zhuǎn)入的小鼠中進(jìn)行電生理記錄和雙光子成像，首次比較了和同一受體（I7）相對(duì)應(yīng)的嗅感覺(jué)神經(jīng)元及其突觸后的僧帽/叢狀細(xì)胞對(duì)氣味的反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)I7嗅感覺(jué)神經(jīng)元和I7僧帽/叢狀細(xì)胞在氣味濃度較低時(shí)表現(xiàn)出一致的氣味選擇性。氣味濃度增加時(shí)，I7嗅感覺(jué)神經(jīng)元和僧帽/叢狀細(xì)胞的氣味感受域會(huì)變寬，但對(duì)醛類(lèi)分子仍然具有選擇性。來(lái)自不同個(gè)體的I7僧帽/叢狀細(xì)胞，其氣味感受域具有很高的保守性。

與投射神經(jīng)元不同的是，嗅球內(nèi)的中間神經(jīng)元，包括球周細(xì)胞和顆粒細(xì)胞，選擇性都比較低。I7球周細(xì)胞的氣味感受域還出現(xiàn)了一定程度的異質(zhì)性。在氣味濃度較高時(shí)，阻斷嗅球內(nèi)的抑制性突觸傳遞會(huì)降低僧帽/叢狀細(xì)胞的選擇性。在氣味濃度較低時(shí)則沒(méi)有這種作用。這一研究結(jié)果顯示，嗅球中投射神經(jīng)元的氣味選擇性主要由其前一級(jí)對(duì)應(yīng)的氣味受體決定，而嗅球中的中間神經(jīng)元通過(guò)側(cè)向抑制的作用銳化投射神經(jīng)元的調(diào)諧曲線。

羅敏敏研究組還曾運(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(niǎo)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(guò)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(niǎo)苷酸環(huán)化酶(GC-A)為例，其鳥(niǎo)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(lèi)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(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性卻是通過(guò)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(niǎo)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)。

原文檢索：

Odor Information Processing by the Olfactory Bulb Analyzed in Gene-Targeted Mice

In mammals, olfactory sensory neurons (OSNs) expressing a specific odorant receptor (OR) gene project with precise stereotypy onto mitral/tufted (M/T) cells in the main olfactory bulb (MOB). It remains challenging to understand how incoming olfactory signals are transformed into outputs of M/T cells. By recording from OSNs expressing mouse I7 receptor and their postsynaptic neurons in the bulb, we found that I7 OSNs and their corresponding M/T cells exhibit similarly selective tuning profiles at low concentrations. Increasing the concentration significantly reduces response selectivity for both OSNs and M/T cells, although the tuning curve of M/T cells remains comparatively narrow. By contrast, interneurons in the MOB are broadly tuned, and blocking GABAergic neurotransmission reduces selectivity of M/T cells at high odorant concentrations. Our results indicate that olfactory information carried by an OR is channeled to its corresponding M/T cells and support the role of lateral inhibition via interneurons in sharpening the tuning of M/T cells.

附：

留學(xué)美國(guó)博士、北大校友羅敏敏獲“青年科學(xué)家獎(jiǎng)”

羅敏敏博士與Hiroaki　Matsunami博士日前共同獲得人類(lèi)前沿科學(xué)計(jì)劃組織頒發(fā)的“青年科學(xué)家獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)將資助北京生命科學(xué)研究所的羅敏敏實(shí)驗(yàn)室及美國(guó)杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的Matsunami實(shí)驗(yàn)室3年共75萬(wàn)美元科研經(jīng)費(fèi)。

羅敏敏畢業(yè)于北京大學(xué)心理學(xué)系，后赴美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)獲計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位，之后師從D.J.　Perkel博士做神經(jīng)科學(xué)研究，獲賓夕法尼亞大學(xué)博士學(xué)位。在霍華德-休斯醫(yī)學(xué)院和杜克大學(xué)做了近5年博士后。2005年8月羅敏敏在北京生命科學(xué)研究所建立實(shí)驗(yàn)室，從事神經(jīng)生物學(xué)方面的研究。

獲獎(jiǎng)后，杜克大學(xué)Matsunami博士實(shí)驗(yàn)室與北京生命科學(xué)研究所羅敏敏博士實(shí)驗(yàn)室將聯(lián)合運(yùn)用遺傳工程、神經(jīng)示蹤、電生理及行為分析等手段，研究“項(xiàng)鏈嗅覺(jué)系統(tǒng)”的受體表達(dá)、生理反應(yīng)特點(diǎn)、中樞投射的方式及其對(duì)行為的調(diào)控。通過(guò)結(jié)合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室在分子遺傳學(xué)及系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)的專(zhuān)長(zhǎng)，這一研究完全有潛力從基因水平到行為水平解開(kāi)此一特殊嗅覺(jué)通路信息

 

2010-03-31