相杨研究团队发现多模态伤害性刺激感受依赖于基因的选择性剪接

来源：BioArt

原标题：Current Biology ：相杨研究团队发现多模态伤害性刺激感受依赖于基因的选择性剪接

撰文 | 左柚

伤害性刺激感受是神经系统的一个古老功能，使得动物能够感知危险的存在。有害刺激会激活伤害感受器，产生疼痛并且触发适当的躲避行为。大多数伤害感受器是多模态的（polymodal），即可以感受多种类型的伤害刺激包括物理的或者化学的。果蝇幼虫的外周伤害感受器就是一个很好的例子，它的树突延伸覆盖整个体壁，能够有效检测有害的高热（heat），刺激性化学物质，活性氧（ROS）和有破坏组织能力的短波长紫外光（UVC）。

瞬时受体电势（Transient receptor potential, Trp）离子通道是有害刺激的主要感受器之一。从果蝇到人类的物种中都发现了广泛的Trp转录本的选择性剪接。果蝇TrpA1与哺乳动物的直系同源物具有保守的感觉功能，可以被热、ROS、紫外线和刺激性化学物质激活。果蝇TrpA1剪接产生五种同源异构体（isoform）。体外研究表明，果蝇TrpA1同源异构体在功能上有所不同，但是各个TrpA1同源异构体的体内表达情况和内源性功能尚不清楚。

2019年11月14日美国麻省大学医学院的相杨研究团队 (第一作者为顾鹏宇博士) 在Current Biology杂志在线发表论文Polymodal Nociception in Drosophila Requires Alternative Splicing of TrpA1，发现了果蝇幼虫的多模态伤害感受依赖于TrpA1基因的选择性剪接。

为了分析TrpA1各个同源异构体体内的表达和功能，顾鹏宇博士设计了一套基因组改造方法isoEXPRESS（isoform expression by relocating a nucleotide at splice sites）。通过这套方法可有效分析单个同源异构体的在体表达情况，并且达到单细胞精度水平，同时可实现单个同源异构体的在体功能分析。研究发现所有5个同源异构体的表达谱都不一样，其中3个同源异构体（TrpA1-C, TrpA1-D和TrpA1-E）共同表达在外周伤害感受神经元C4da中。通过对单个同源异构体敲入的果蝇幼虫进行一系列行为分析和在体细胞钙活性成像分析，发现TrpA1-C 主要负责对紫外光和活性氧（ROS）刺激起反应，而TrpA1-D主要负责对热和刺激性化学物质如AITC起反应。TrpA1-E缺乏关键功能结构域，对任何已知刺激不起反应，它可能是选择性剪接的副产物，也有可有起到负调控TrpA1离子通道的功能。

将这些同源异构体体外表达在人源细胞系HEK和果蝇细胞系S2中，TrpA-C和TrpA1-D的功能是类似的，都可以对紫外光、活性氧（ROS）、热和刺激性化学物质起强烈反应。这说明TrpA-C和TrpA1-D的在体生理功能是被选择性调控的。

总的来说，TrpA1通过选择性剪接机制产生多个同源异构体；单个同源异构体的表达谱都不相同；多个同源异构体共同表达在同一个细胞内；不同的同源异构体选择性感受不同的伤害性刺激。利用体外细胞表达和体内过表达的手段得到的各个同源异构体功能分析结果与体内原生表达情况下的功能分析结果大相径庭，这说明真实的蛋白体内功能并不能简单的使用体外和过表达的分析手段阐明。另外，选择性剪接机制被广泛应用于大部分真核生物基因表达，但是对于绝大部分基因而言，选择性剪接对于基因的表达和功能调控并不清楚。本文中发展的isoEXPRESS方法有助于深入研究同源异构体的in vivo表达和生理功能。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.09.070