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導讀
動物必須以一種依賴環境的方式設定行為的優先次序,並在適當的時候從一種行為轉換到另一種行為。作者探究了協調果蠅從進食到求偶的分子和神經元機制。作者發現,在飢餓的雄性動物中,進食比求愛更優先,而食用富含蛋白質的食物會在幾分鐘內迅速扭轉這一順序。在分子水平上,一種來自腸道的、具有營養特異性的神經肽激素--利尿激素31(Dh31)--推動了從攝食到求愛的轉換。做則會用鈣質成像實驗進一步解決潛在的動力學問題。來自食物的氨基酸急性激活了Dh31+腸道內分泌細胞,增加了循環中的Dh31水平。此外,完整蒼蠅的三光子功能成像顯示,對Dh31+腸道內分泌細胞的光遺傳刺激迅速激發了表達Dh31受體(Dh31R)的大腦神經元子集。腸道衍生的Dh31在幾分鐘內通過循環系統激發大腦神經元,這與進食-臀部行為轉換的速度相一致。在電路水平上,大腦中有兩個不同的Dh31R+神經元群體,其中一個群體通過異體蛋白-C抑制攝食,另一個群體則通過冠狀蛋白促進求偶行為。作者的研究結果說明了一種機制,即食用富含蛋白質的食物會觸發一種腸道激素的釋放,而這種激素又會通過兩種平行的途徑使求偶行為優先於進食。


論文ID
題目:A nutrient-specific gut hormone arbitrates between courtship and feeding
期刊:Nature
IF:49.960
發表時間:2022年2月9日
通訊作者單位:加州大學
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04408-7

主要內容:

在情人節,世界各地的情侶將享受浪漫的晚餐,慶祝愛情和關係。營養和交配之間的聯繫並非人類所獨有,而是反映在整個動物王國的各個物種中。然而,直到最近,人們才懷疑將食物消費和生殖行為聯繫起來的直接生理學聯繫。

加州大學聖地亞哥分校研究果蠅的科學家們報告說,飯後從腸道釋放的一種分子將它們的注意力從進食轉向交配。發表在《自然》雜誌上的研究人員發現,富含蛋白質的食物觸發了利尿激素的釋放, "Dh31",一種被發現從蒼蠅的胃腸道釋放的信號分子。他們對Dh31的鑑定,一種被認為是化學信使類型的神經肽,為餵食行為之外的腸道到大腦的交流這一基本未被探索的領域打開了大門。


作者發現了從進食到交配的過渡,並且非常驚訝一個分子會對行為決定產生如此深刻的影響。作者的研究從機制上解釋了Dh31神經肽如何作用於大腦以改變兩種進化上關鍵行為的動機驅動。


在研究動物如何從注重餵養的行為轉變為交配心態的問題時,加州大學聖地亞哥分校的研究人員和他們在加州大學聖克魯茲分校的同事使用了幾種方法來得出他們的Dh31分子發現,包括遺傳學、三光子顯微鏡和熒光成像。

為了證實他們的發現,研究人員進行了遺傳學實驗,其中Dh31被敲除了果蠅的基因。在這些情況下,蒼蠅繼續進食並停止了交配行為。在其他實驗中,他們激活了Dh31,並發現蒼蠅迅速轉向求偶行為。他們發現Dh31起源於蒼蠅的腸道,而不是大腦,一個預期的分子釋放區域。


這些結果表明,Dh31是一種信號分子,它重新排列這兩種競爭行為的優先次序:在沒有Dh31的情況下,覓食優先於求偶,而當Dh31從腸道釋放時,求偶優先於覓食。

研究人員進一步描述了Dh31作為一種信號分子的功能的相似之處。Orexin是一種神經肽分子,已被證明在哺乳動物從清醒到睡眠模式的過渡中發揮類似的作用,包括快速眼動(REM)睡眠和非REM睡眠。


這些探索使人們了解到,當動物從一種促進生存的行為--如攝取營養--轉換到另一種基本行為--如求愛--時的決策過程。作者的發現只是對腸道荷爾蒙如何在餵養之外發揮作用的表面認識。未來的工作將研究微生物組如何成為腸道到大腦交流的因素。

這項工作體現了一種多學科的方法,從分子到神經元和電路功能等多個層面了解行為的優先次序。這項工作為我們提供了一個研究不同需求行為的層次組織的經驗範式,用來解釋人類行為的有序過渡。

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04408-7

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