Applications——Influence of Biology on Engineering

Examples are presented showing the way in which biological systems produce a range of functions which can be implemented in engineering, such as feedback-control of stiffness （muscles and nervous system）, the design of fault-free structures （trees） and damage-tolerant materials （wood） and high performance insulation （penguin feathers） and shock absorbers （hedgehog spines）.     

PRDM蛋白家族在神经系统中的作用

PRDM(PRDI-BF1 and RIZ homology domain containing)蛋白家族是一类包含PR结构域和若干个锌指结构的转录调控蛋白,具有众多家庭成员,广泛表达于灵长类、两栖类和啮齿类等动物中。以往研究发现,PRDM蛋白家族(PRDMs)在细胞增殖、分化、成熟过程中,以及机体造血、生殖和肿瘤发生等生理和病理过程中发挥重要的调控作用。近年来随着研究的不断深入,有关PRDMs在神经系统中所发挥的作用也逐渐引起科学界的广泛关注。目前的研究证实了PRDMs在神经系统发育、中枢神经系统炎症以及神经干细胞增殖和分化等过程中扮演着重要的角色。本文就PRDMs在神经系统中的作用作一综述。     

Ect4/SARM基因研究进展

Ect4/SARM是进化上高度保守、具有多个结构域的蛋白质,其同源基因广泛存在于从节肢动物至脊椎动物的进化谱系中。Ect4/SARM具有三种特殊的结构域,分别称为SAM、ARM与TIR,三者都与蛋白-蛋白的相互作用相关又具有各自的功能。研究表明,Ect4/SARM主要在免疫系统、细胞凋亡及神经系统中起作用,与组织发育、免疫、凋亡以及代谢调控相关。在不同的物种、不同的组织中,Ect4/SARM显示出不同的亚细胞定位和功能,因此Ect4/SARM可能具有物种特异性及组织特异性,其具体的亚细胞定位和功能有待于进一步研究。     

家蚕非编码RNA在神经系统中的表达分析

【目的】非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)在家蚕Bombyx mori发育过程中具有重要调控作用。本研究旨在探索ncRNA参与家蚕神经系统发育的分子机理。【方法】采用实时荧光定量PCR技术对22个中等长度的ncRNA及3个ncRNA的邻近编码基因在家蚕幼虫神经系统中的表达水平进行检测。【结果】8个ncRNA(包括1个C/D box snoRNA,4个H/ACA box snoRNA和3个不能归类的ncRNA)在家蚕5龄幼虫神经组织和非神经组织中均有表达,且在胸腹神经中的表达量明显高于头部神经中的表达量。其中,snoRNA Bm-51,Bm-18和Bm-86在胸腹神经中的表达量分别是头部神经中的23,5和4.7倍。进一步研究发现,这3个内含子起源的ncRNA与其宿主基因在家蚕神经系统中的表达趋势一致,宿主基因在胸腹神经中的表达量也明显高于头部神经中的表达量。【结论】本研究筛选到的在家蚕不同神经部位存在差异表达的ncRNA,特别是在胸腹神经中高表达的ncRNA可能协同其邻近编码基因,参与家蚕神经发育或神经活动过程。该结果为研究ncRNA参与家蚕神经系统发育提供了分子依据,为从非编码RNA角度探索鳞翅目害虫防治提供了新的思路。     

HCN 通道在神经系统中的分布及功能

超极化激活的环核苷酸门控的阳离子通道(hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated channels,HCN),分为四个亚型:HCN1、HCN2、HCN3和HCN4。关于其在神经系统中作用的研究有很多,但是有些研究的结果似乎是矛盾的,这些矛盾的结果可能与其分布特点有关。在神经系统中,HCN通道的各个亚型的分布具有差异,这决定了其作用的差异性,因此在不同区域有其特定的生理功能。本文从不同脑区、脊髓及外周DRG等方面综述了HCN通道4个亚型在神经系统的分布,并且针对具体组织、核团分析其作用和生理功能。     

NRSF与神经系统发育调控

神经系统发育全程中,基因表达模式处于不断变化。这一动态过程是受到机体的精密调控的,NRSF是参与调控的重要分子之一。NRSF是一种含有锌指结构的转录因子,它与神经限制性沉默元件（NRSE／RE-11结合后能募集一些协同作用蛋白,通过组蛋白去乙酰化等机制抑制NRSE下游基因的转录。很多神经特异性基因和一些神经发育调节相关分子的基因序列中载有NRSE,NRSF正是通过动态调控这些基因的表达来调节神经系统发育。由于NRSF靶基因表达模式的变化是神经系统发育进程的重要分子基础,近年来对NRSF与神经系统发育调控的研究备受关注,通过阻断NRSF的异常作用来治疗神经退行性疾病己成为新的研究热点。     

果蝇幼虫的视觉系统

视觉对于动物的生存和行为来说是非常重要的。虽然果蝇幼虫的视觉神经系统在组织结构上比成虫简单,但是也具有一定的复杂性和多样性。在最近几年中,随着对果蝇幼虫视觉系统功能的研究取得重要进展,我们对于果蝇幼虫视觉系统的认识更加丰富了。果蝇幼虫视觉系统的结构中,最初级的光感受神经元包括三类,一类是BO/BN(Bolwig's organ/Bolwig's nerve),一类是表达感光分子CRY(cryptochrome)的神经元,另外一类是Ⅳ型DA(classⅣdendriticarborization)神经元;果蝇幼虫视觉系统的次级神经元主要是光节律相关的侧神经元(lateralneurons,LN),它表达Per(period)、Tim(timeless)及Pdf(pigment dispersion factor)等节律相关的蛋白分子;而第三级神经元包括更为下游的、表达果蝇促胸腺激素且直接调控幼虫光偏好的NP394神经元。这三级神经元构成了我们现在所了解的果蝇幼虫视觉神经系统的基本框架。