家蚕脂动激素受体构效和信号转导机理的研究

调控昆虫能量动态平衡的脂动激素(AKH)，其作用是通过脂动激素受体(AKHR)来介导的，研究AKHR对于了解AKH作用机制是必需的。本项目以重要模式昆虫的家蚕为研究对象，在我们已经了解了AKHR与Gs和Gq蛋白的偶联关系及其cAMP、Ca++和MAPK信号通路等的前期研究基础上，进一步探明家蚕AKHR的构效机制和信号转导的分子机制，以及AKHR内吞和胞内转运机制；发现和鉴定新的家蚕AKHR；研究配体AKH和受体AKHR在不同器官组织和不同时期的表达，及其与家蚕生长发育、繁殖和滞育等的关系。这些基础问题的突破，将有助于在本质上认识和了解家蚕AKHR信号转导对家蚕生长发育、繁殖和滞育的生理生化作用及调控机制；可为推进昆虫G蛋白偶联受体(GPCR)领域的研究进展作出贡献；同时能为传统养蚕业的技术革新与经济效益提高，为对环境友好、仅针对靶标物种起作用的安全农药研制等，提供很好的理论基础。

家蚕的经济性状与脂动激素（AKH）调控下的能量代谢与转移密切相关，AKH作用是通过脂动激素受体(AKHR)来介导的，研究AKHR对于了解AKH作用机制是必需的，但国内外对家蚕AKHR的研究一直滞后。本项目通过家蚕AKHR的构效和信号转导机理等系列研究，克隆出了家蚕AKHR基因并查明了其表达特性；家蚕AKHR通过与Gs、Gq蛋白偶联来激发细胞cAMP水平提高和Ca++释放，同时引起ERK1/2磷酸化水平增加，从而将胞外信号跨膜传递到胞内；家蚕AKHR经cAMP/PKA途径和Gi/o蛋白激活ERK1/2，系PKC/Ca2+依赖型、PTX敏感型和PKA依赖型，β-Arrestins及其它调节蛋白未参与其激活过程；家蚕AKHR在AKH刺激下快速内吞，呈现明显的时间和浓度依赖性，其内吞系网格蛋白小泡、GRK2/5和arrestin3依赖型，高渗蔗糖可抑制内吞作用，内吞后可通过溶酶体降解或经早期内涵体循环后复敏返回到膜上；家蚕AKHR的△321－342和△343－363结构域中分别含有与受体定位和内吞相关的位点或功能区，但△343－363结构域内不含有与ERK1/2信号通路相关的功能域或位点；从家蚕中鉴定得到了AKH2和AKH3两个新配体，与AKH1相比分别有3个和4个氨基酸不同，能更高活性诱导胞内cAMP积累，但ERK1/2磷酸化作用弱；从家蚕中克隆得到了AKHR2a和AKHR2b二个新受体，其主要激动剂均是AKH3，并对AKH1和AKH2表现出交叉反应，在睾丸中均高水平表达；即时浸酸通过显著降低GSH/GSSG比值，来阻止蚕卵滞育发动；BmAKH或BmAKHR dsRNA能刺激或抑制能量分配至丝腺和卵巢，从而影响到产丝量和产卵量；从家蚕中克隆得到了家蚕corazonin受体（Bm CrzR），它是属于AKHR家族的新受体，仅能被corazonin肽激活，不能被AKH1、AKH2和AKH3激活，与AKHR、AKHR2a和AKHR2b没有交叉反应，在蚕后部丝腺中高表达，直接或间接影响家蚕的吐丝以及物质能量代谢，这一新发现为研究能量物质代谢及其调控机制开辟了新领域。项目研究成果的取得，对于在本质上认识和了解AKHR信号转导对家蚕生长发育、繁殖和滞育的生理生化作用及调控机制，具有重要的科学意义，同时对于推进传统养蚕业的技术革新、提高经济效益、有效治理害虫等，也将产生积极的作用。