《Nature | 电鱼的集体感知》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-03-13
  • 2024年3月6日,哥伦比亚大学的研究人员在Nature杂志发表题为Collective sensing in electric fish的文章。

    许多有机体,包括海豚、蝙蝠和电鱼,拥有复杂的主动感觉系统,它们使用自发信号(例如,声音或电子发射)来探测环境。社会群体中的主动感知研究通常集中在尽量减少同种排放物干扰的策略上。然而,众所周知,从工程上说,多个空间分布的发射器和接收器可以大大提高环境传感(如多基地雷达和声纳)。

    该研究从建模、神经记录和行为实验中提供证据,证明非洲弱电鱼类利用同种彼氏锥颌象鼻鱼的电脉冲扩大其电定位范围、辨别物体和增加信息传输。这些结果为一种新的集体主动感知模式提供了证据,在这种模式中,个体的感知被附近群体成员的能量释放所增强。

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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-03-13
    • 2024年3月6日,耶鲁大学的研究人员在Nature发表题为The molecular basis of sugar detection by an insect taste receptor的文章。 动物渴望糖是因为它们的能量潜力和品尝甜味的愉悦感。然而,并非所有的糖在代谢上都是相同的,这就需要检测和区分化学上相似的甜味物质的机制。昆虫使用一组嗜电性味觉感受器来辨别糖,每一个感受器都被特定的甜分子选择性地激活。 为了深入了解糖选择性的分子基础,研究人员确定了家蚕(Bombyx mori, BmGr9)的味觉受体Gr9在其唯一激活配体D -果糖缺失和存在的情况下的结构。这些结构,以及结构引导的诱变和功能分析,说明了D-果糖是如何被一个配体结合口袋包裹的,这个口袋精确地匹配了D-果糖中化学基团的整体形状和模式。然而,该研究的计算对接和实验结合分析显示,其他糖也可以结合BmGr9,但它们不能激活受体。 研究人员确定了BmGr9与一种非激活糖L-sorbose复合物的结构。虽然这两种糖结合的位置相似,但只有D-果糖能够连接两个保守芳香残基的桥梁,将口袋与孔螺旋连接起来,引起构象变化,使离子传导孔打开。因此,化学特异性并不仅仅依赖于配体结合袋的选择性,而是由受体-配体相互作用和变构耦合的结合而产生的一种新特性。该研究结果支持一个模型,即粗略的受体调节来自于口袋的大小和化学特性,而受体激活的微调是通过调节离子传导的变构途径的选择性参与来实现的。
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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-05-06
    • 2024年5月1日,哥伦比亚大学Charles S. Zuker、Hao Jin共同通讯在Nature发表题为A body–brain circuit that regulates body inflammatory responses的文章,揭示了一种有效调控炎症反应的体-脑回路。 研究人员证明,外周免疫损伤,如脂多糖(LPS)给药,可以有效激活脑干内孤束尾核(caudal nucleus of the solitary tract, cNST)的神经元。值得注意的是,沉默这些LPS激活的cNST神经元会导致不受控制的炎症反应加剧,其特征是促炎细胞因子的急剧增加和抗炎介质的减少。相反,激活这些神经元可以抑制炎症,降低促炎细胞因子水平,同时增强抗炎反应。 通过单细胞RNA测序和功能成像实验,作者确定了表达多巴胺β羟化酶(dopamine beta-hydroxylase, DBH)的特定群体的cNST神经元是该免疫调节回路中的关键参与者。这些DBH+神经元的清除或激活分别再现了失调或抑制的炎症反应,突出了它们在维持免疫稳态中的关键作用。但是,大脑是如何感知和应对周围炎症的呢?作者证明了迷走神经感觉神经元的不同群体对促炎和抗炎细胞因子有选择性的反应,并将这些信息传递给cNST DBH+神经元。具体而言,TRPA1+迷走神经神经元对抗炎细胞因子IL-10有反应,而CALCA+神经元被促炎信号激活。值得注意的是,激活这些迷走神经群体模拟了直接调节cNST DBH+神经元的效果,强调了它们在神经免疫回路中的功能整合。 这一发现的治疗潜力是惊人的。在溃疡性结肠炎模型中,激活TRPA1+迷走神经神经元或cNST-DBH+神经元保护小鼠免受致命的LPS诱导的内毒素血症的影响,并改善疾病的严重程度。相反,这种回路的持续激活削弱了宿主清除细菌感染的能力,凸显了最佳免疫功能所需的微妙平衡。 这项开创性的工作揭示了一种以前未被重视的监测和调节炎症反应的体脑回路。通过确定关键的神经元参与者及其功能作用,作者为理解大脑如何调节免疫提供了一个框架,并为从自身免疫疾病到细胞因子风暴和感染性休克等一系列免疫疾病的治疗干预提供了令人兴奋的新途径。这一神经免疫轴的发现为我们理解神经系统和免疫系统之间复杂的相互作用开辟了一个新的前沿,为进一步探索免疫调节的神经回路及其开发新的免疫调节疗法的潜力铺平了道路。