神经肽sNPF对黑腹果蝇睡眠和昼夜活动节律的调控机理

The brain short neuropeptide F (sNPF) in insects involved in diversity of physiological activities, such as regulation on food intake, growth and development, and so on. But the regulative mechanisms are still unclear. In Drosophila melanogaster, the brain genes code four sNPF peptides, i.e. sNPF1, sNPF2, sNPF3 and sNPF4 (Hewes and Tahert, 2001; Vanden, 2001), and they control the growth through insulin mediated by ERK (Lee et al., 2008; 2009). Recently, we found that sNPF involved in regulating sleep and circadian locomotor rhythm (Please see the work basis below). In this fundation, we will explore detailedly the regulative action of sNPF on sleep and circadian locomotor rhythm, and further work on correlations between sNPF and clock genes. This will supply important theoretical basis for cognition of biological rhythm in animals.

目前发现昆虫神经肽Short Neuropeptide F (sNPF) 参与调节许多正常生理活动，如控制取食、生长与发育等多重功能，但其调节机理尚不清楚。在黑腹果蝇中，脑基因编码4 个sNPF短肽，分别为sNPF1、sNPF2、sNPF3 和sNPF4（Hewes and Tahert, 2001; Vanden, 2001），它们通过ERK 介导的胰岛素（insulin）信号调控果蝇的生长（Lee et al., 2008；2009）。最近，我们的初步研究发现神经肽sNPF 参与调控黑腹果蝇的睡眠和昼夜活动节律（见下面前期工作基础）。本项目将在此基础上详细研究sNPF 对睡眠和昼夜节律与生物钟节律的调控机理，进而研究它们与已知钟基因之间的相互关系，探索生物钟节律的新的调控基因和作用机理。为动物生物节律的认知提供重要的理论依据。

生物钟调节所有生命体的许多生理和行为活动，是目前国际上研究的热点和前沿学科。黑腹果蝇是一种模式昆虫，对其活动节律和睡眠的分子机理探究，不仅有利于推动和促进害虫在该领域的深入研究，同时对人类了解和治疗生物钟紊乱疾病具有一定指导意义，因为在生物钟机理调控中果蝇和高等动物包括人类具有很多相似之处。. 本项目通过转基因技术、每日节律行为的分析技术、定量实时萤光qRT–PCR和免疫组化等技术，分析测定了果蝇脑短神经肽（sNPF）每日表达变化对睡眠和昼夜活动节律的内在规律，以及对每日活动节律的影响；并进一步通过分子生物学技术研究果蝇sNPF与生物钟功能基因的相互作用、以及对睡眠和活动节律的协同调控机理。. 本项目取得了重要的科研成果主要包括：1. 发现果蝇短神经肽（sNPF）对其睡眠和活动节律具有重要的调控作用；2. 发现其行为节律是由sNPF的每日节律引起的；3. 阐明了果蝇脑蘑菇体（MB）和PI神经元是sNPF的调控中心；4. 阐明了果蝇sNPF与生物钟功能基因的相互作用，以及对睡眠和活动节律的协同调控机理。即sNPF是通过促进细胞内第二信使cAMP/PKA/CREB环路调控其活动节律和睡眠行为；5. 发现了调控其生物钟活动节律的一个新的环路。在该调控环路中，钟蛋白CLOCK直接调控一个脑中促蜕皮激素合成的神经肽(PTTH)，后者调控蜕皮激素（Ecd）及其受体（EcR）调控miRNA let 7, 并通过let 7参与到生物钟的调控环路中。. 上述所述研究进展和重要结果发表在著名SCI国际学术期刊Nature Communications、Sleep、Insect Biochemistry and Molecular Biology、Insect Molecular Biology等杂志，这对于充分了解昆虫生物钟调控其活动节律和睡眠行为的机理具有重要的科学意义。按照项目内容圆满完成了各项研究任务和目标。