Science：罗敏敏博士实验室发表最新文章

佚名

2007年8月16日，北京生命科学研究所罗敏敏实验室在Science杂志上发表题为 “Detection of Near-Atmospheric Concentrations of CO2 by an Olfactory Subsystem in the Mouse” 的文章。该文章报道了小鼠可以通过一类特殊的嗅觉神经元感受接近于空气中浓度的二氧化碳。

二氧化碳（CO2）对于许多生物是一种重要的环境信号分子。传统上二氧化碳被认为是无色无味的气体。经典的心理物理学测试证明对于二氧化碳确实不能由人类的嗅觉系统所检测，但是其他的哺乳动物是否可以通过嗅觉系统感受低浓度的二氧化碳(空气中二氧化碳平均浓度0.038%)仍然不清楚。

由我所罗敏敏研究员所领导的课题组运用分子生物学、免疫组织化学、小鼠遗传操作、电生理、钙成像、以及行为学等多种实验手段,证明了小鼠能通过一类表达D型鸟苷酸环化酶（GC-D）的嗅觉感觉细胞感受接近于大气中浓度的二氧化碳。他们首先发现表明碳酸酐酶II,一种催化CO2与水生成HCO3-和H+的酶，特异地表达在这类GC-D神经元中。这些神经元的轴突投射到嗅球中的项链嗅小球，形成所谓的项链嗅觉系统。这一研究运用钙成像与电生理记录表明CO2激活GC-D神经元以及嗅球中与项链嗅小球联系的神经细胞。行为学实验结果表明小鼠检测CO2的阈限为0.066%,非常接近空气中CO2的平均浓度（0.038%）。最后，他们的药理实验及行为实验证明小鼠这样灵敏的二氧化碳检测能力需要碳酸酐酶II的活性及环鸟苷酸环敏感的离子通道的开发。
这一研究首次证明二氧化碳可以被哺乳动物的嗅觉系统灵敏地检测到，并且此一检测是通过项链嗅觉系统所完成，而此一特异的嗅觉系统的功能一直不清楚。最后，此一研究对于哺乳动物对CO2检测的细胞机制提供了初步线索。

博士生胡霁,仲纯为本论文的共同第一作者，论文的其他作者还有本所的丁澄，杜克大学的Qiuyi Chi, Hiroaki Matsunami博士，洛克菲勒大学的Andreas Walz博士及Peter Mombaerts博士。罗敏敏博士为本文通讯作者。此项研究由科技部863计划，北京市科委，及人类前沿科学计划（HFSP）资助，在北京生命科学研究所完成。（北京生命科学研究所）

原始出处:

Science 17 August 2007:
Vol. 317. no. 5840, pp. 953 - 957
DOI: 10.1126/science.1144233

Detection of Near-Atmospheric Concentrations of CO2 by an Olfactory Subsystem in the Mouse

Ji Hu,1,2* Chun Zhong,1,2* Cheng Ding,1 Qiuyi Chi,3 Andreas Walz,4 Peter Mombaerts,4 Hiroaki Matsunami,3 Minmin Luo1 ${dagger}$

Carbon dioxide (CO2) is an important environmental cue for many organisms but is odorless to humans. It remains unclear whether the mammalian olfactory system can detect CO2 at concentrations around the average atmospheric level (0.038%). We demonstrated the expression of carbonic anhydrase type II (CAII), an enzyme that catabolizes CO2, in a subset of mouse olfactory neurons that express guanylyl cyclase D (GC-D+ neurons) and project axons to necklace glomeruli in the olfactory bulb. Exposure to CO2 activated these GC-D+ neurons, and exposure of a mouse to CO2 activated bulbar neurons associated with necklace glomeruli. Behavioral tests revealed CO2 detection thresholds of $~$ 0.066%, and this sensitive CO2 detection required CAII activity. We conclude that mice detect CO2 at near-atmospheric concentrations through the olfactory subsystem of GC-D+ neurons.

1 National Institute of Biological Sciences, Beijing, 102206, China.
2 Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100101, China.
3 Department of Molecular Genetics and Microbiology, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710, USA.
4 The Rockefeller University, 1230 York Avenue, New York, NY 10021, USA.

* These authors contributed equally to this work.

${dagger}$ To whom correspondence should be addressed. E-mail: luominmin@nibs.ac.cn