新型机械门控氯离子通道的功能及其分子机制研究

Mechanosensitive channels medicate kinds of mechanosensation, such as hearing, touch and proprioception. It is also related to many physiological processes such as cell tension and blood pressure maintenance. The mutation or function reduction of mechanosensitive channels can cause deafness, anemia and other diseases. In metazoan, there are few mechnosensitive channels confirmed, And they are all cation channels, so finding the new mechnosensitive channel is an important and focus question in the field. Through the preliminary experiment, for the first time, we found that the male-specific pheromone-sensing CEM neuron could be activated by mechanical stimulation in a cell-autonomous manner. The mechanotransduction current in CEM neuron is not carried by a cation channel, By contrast, a chloride-permeable anion channel apparently underlies the mechanosensation of CEM neuron. Furthermore, opposite to the normally inhibitory effect of most chloride channels, the mechanically activated chloride channel in CEM neuron is excitatory and triggers an increase in the intracellular calcium level. We are planning to study the physiological role of CEM neurons in mediating mechanosensation and elucidate the functional, biophysical and pharmacological properties of the mechanical gated chloride channel in CEM by using molecular genetics, electrophysiology, calcium imaging, pharmacological and behavioral analysis. Based on the above results, the function and molecular mechanism of the homologous gene of mouse are compared. Our study will reveal the function and molecular mechanism of mechanical sensitive channels, and lay a scientific foundation for the research and development of diseases such as deafness and mechanical pain hypersensitivity.

机械敏感通道介导听觉、触觉和本体感觉等机械性感觉，也跟细胞张力、血压维持等生理过程相关，其基因突变或功能下调会造成耳聋、贫血等疾病。多细胞生物体中机械敏感通道的已知种类还很少，因此寻找和鉴定新的机械敏感通道是领域内的热点问题。通过预实验，我们首次发现雄性秀丽线虫性激素感受神经元CEM也可以直接感受机械刺激，而且其机械受体电流不依赖于阳离子，而由氯离子介导。机械刺激可以直接引起CEM的钙升高，表明CEM上的氯通道是兴奋性的。以上预实验为进一步鉴定CEM上机械门控氯离子通道奠定了基础。我们拟运用分子遗传学、电生理、钙成像、药理学和行为学等技术，系统研究CEM在介导机械性感受中的生理作用，阐明CEM上机械门控通道的生物物理和药理特性。基于以上结果，比较研究小鼠同源基因的功能和分子机制。本课题将有助于揭示机械敏感通道的功能和分子机理，为耳聋、机械性痛觉超敏等相关疾病研究和药物开发打下科学基础。

生物体通过机械性转导来维持触觉、痛觉、听觉、本体感觉。除此之外，机械性痛觉过敏是引发慢性痛（chronic pain）的主要原因之一，揭示触觉生成和机械性痛觉过敏的分子机理，对于寻找镇痛药的靶标分子，并以此指导高效、低毒性、低副作用的新型药物开发和临床实践有着十分重要的意义，此外也能为听觉机制等其他机械性响应的研究打下基础。.机械敏感通道在机体的痛觉、本体感觉、触觉、听觉等过程中起能量转换器和机械刺激受体的作用。目前已知的机械敏感通道主要有以下几个家族： TRP通道、表皮型钠通道（ENaC）、Piezo蛋白（Piezo-1和Piezo-2）、双孔钾通道（TREK-1/TRAAK）以及TMC蛋白，均为阳离子通道。在本课题的研究中，我们利用模式生物秀丽线虫为研究模型，通过百万突变筛选，利用在体钙成像，在体电生理等技术，首次发现了一种新型的机械门控氯离子通道可以直接响应机械刺激，并且介导雄性线虫的触觉响应。此通道在高等动物中也是相对保守的。通过异位表达，我们发现，此通道在不感受机械刺激的神经元ASI及ASK中表达后，可以使不感受机械刺激的神经元感受机械刺激。除此之外，我们还研究了该机械门控氯离子通道的药理学特性，可以被氯离子通道抑制剂NFA及T16A inh阻断。对这些问题的研究，将为阐明触觉、机械性痛觉、乃至听觉等机械性感受生成的分子机理打下基础，也将揭示机械性痛觉过敏的分子病理，并为设计和筛选靶点清晰、机制明确的药物或寻找新的治疗策略创造条件。