Cell封面文章昼夜节律调控新机制

2018年12月04日 来源:

Cell封面文章:昼夜节律调控新机制

生物通报道 近日由宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院综合神经科学中心主任、神经科学教授Amita Sehgal领导的研究小组在果蝇中发现了一条联系生物钟神经元(clock neuron)与休息活动节律控制细胞的分子信号。这一研究发现发表在了本周的《细胞》(Cell)杂志上,并被选为2月17号新一期Cell杂志的封面文章。

生物节律是以生命活动24小时为周期的内在周期性节律。早在世界上第一个单细胞生物出现以前,地球已经自转了大约20亿年,为了适应这种昼夜环境周期性的变化,地球上的许多生物体内发育分化出一个特殊的器官——生物钟,用以协调各种不同组织与器官的昼夜节律。它包括输入系统,核心节律系统及输出系统。无论是植物还是动物在发育、行为、生理、代谢等生命活动的各个层面都受到生物钟的调控。尽管多年来科学家们在生物钟的分子组件研究中取得了大量的研究成果,然而目前对于机体是如何将来自生物钟的信号传输出去,并导致节律行为的机制却还知之甚少。

Sehgal说:“大部分同事认为我们多少已经懂得了一些关于生物钟如何发挥作用,以及如何与光线保持同步的理论知识。然而实际上我们对于生物钟是如何驱动生物体系统其余部分行为的机制还只是匆匆一瞥而已。”

窥探打开的黑匣子

正常情况下,果蝇有着稳定的生活节律:白天活动,夜晚休息。Sehgal和文章的第一作者、Sehgal实验室博士研究生Wenyu Luo发现一种称为miR-279的microRNA通过JAK/STAT信号调控了果蝇的运动行为节律。

miRNA是一类长度在19-24 个核苷酸(nt)左右的内源性非编码小分子单链RNA , 在进化过程中高度保守, 能通过与靶基因mRNA特异性的碱基互补配对, 引起靶基因mRNA的降解或者抑制其翻译, 在植物和动物的基因沉默中发挥显着作用。

研究人员发现过表达miR-279或miR-279敲除的突变果蝇会出现随机时间间隔的清醒及睡眠。这些果蝇显示出无规律的活动模式。由此,研究人员推断通过miR-279调控适当水平的JAK/STAT活性时维持果蝇正常活动模式的必需条件。事实上,他们发现STAT的活性也显示了日节律变化。

部分生物钟线路

在缺失miR-279的生物钟起搏器神经元中PERIOD蛋白的正常波动表明,miR-279在这些生物钟神经元的下游发挥作用。研究小组鉴别出了JAK/STAT的配体Upd蛋白是miR-279的作用靶点。他们也正是敲除Upd可以逆转miR-279突变果蝇的节律失常行为。

此外,研究人员还在突变果蝇的大脑中鉴别出了一些昼夜节律蛋白。他们发现这些中枢生物钟神经元将它们的轴突延伸到了表达Upd的神经元附近,通过这一连接,中枢生物钟就能够通过调控JAK/STAT信号来控制休息活动节律。

结合上述研究发现,该研究小组提出了一个中枢生物钟影响细胞Upd蛋白分泌周期的模型。Sehgal 解释说:“Upd就像一颗缓释胶囊,通过适当调整Upd的适当水平,从而维持独特的休息活动节律。”

miR-279.将神经元中的Upd mRNA维持在较低水平。Upd有可能节律性地激活了第三类细胞中的Dome受体,导致了JAK/STAT的日变化,并最终产生了休息活动节律。

尽管目前科学家们对于揭示这一复杂信号中的作用因子有可能导致的直接临床意义还不清楚。但Sehgal表示如果这些机制同样保守存在于人体内,那么他们或能推导出那些疾病是由于JAK-STAT信号通路异常所致,因为在一些免疫系统疾病中,医生有时候会发现患者有睡眠-觉醒周期障碍。

这些研究发现也为研究人员提供了关于在果蝇中生成休息活动行为的神经回路的线索。许多神经生物学家的最终目标是追踪产生特定行为的完整分子和细胞信号通路。本研究朝这一目标迈进了重要的一步。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Regulation of Circadian Behavioral Output via a MicroRNA-JAK/STAT Circuit

Although molecular components of the circadian clock are known, mechanisms that transmit signals from the clock and produce rhythmic behavior are poorly understood. We find that the microRNA miR-279 regulates the JAK/STAT pathway to drive rest:activity rhythms in Drosophila. Overexpression of microRNA miR-279 or miR-279 deletion attenuates rest:activity rhythms. Oscillations of the clock protein PERIOD are normal in pacemaker neurons lacking miR-279, suggesting that miR-279 acts downstream of the clock. We identify the JAK/STAT ligand, Upd, as a target of miR-279 and show that knockdown of Upd rescues the behavioral phenotype of miR-279 mutants. Manipulations of the JAK/STAT pathway also disrupt circadian rhythms. In addition, central clock neurons project in the vicinity of Upd-expressing neurons, providing a possible physical connection by which the central clock could regulate JAK/STAT signaling to control rest:activity rhythms.

防爆立式液下泵
水上挖掘机
烟柜酒柜烟草柜
相关文章
  • 新京报足协要给纳税人一个交代
    新京报足协要给纳税人一个交代

    新京报:足协要给纳税人一个交代我们应该计算一下这700多万欧元的解约金可以建造多少个足球场,可以支持多少孩子免费接受足球教育。高额的资产就这样白白流失,痛心的是每一个喜欢足球的人。同卡马乔签订合同时,中国足协的领导们或许没想到今天的狼狈。...

  • 南宁火车票可在异地退按时间分3档收退票费
    南宁火车票可在异地退按时间分3档收退票费

    南宁火车票可在异地退 按时间分3档收退票费(图)从9月1日开始,在南宁买的火车票在全国各地都可以办理退票或改签。资料图片摄于南宁火车站。 唐辉吉摄南宁的火车票可在异地退9月1日起火车票全国通退通签并实施梯次退票广西-南国早报张孟君8月26日从南宁铁路局...

  • 山东菏泽义乌小商品批发市场昨日开业建面5
    山东菏泽义乌小商品批发市场昨日开业建面5

    山东菏泽义乌小商品批发市场昨日开业 建面5万平方米开业首日,菏泽义乌小商品批发市场就吸引了不少市民。 本报 姚楠 摄本报菏泽11月29日讯 29日,建筑面积5万平方米、拥有近3000个营业房和经营摊位、可提供1万多个就业机会的菏泽义乌小商品批发市场开业。该市场...

  • 南京日报标明请谁吃不如晒账本
    南京日报标明请谁吃不如晒账本

    中铁建2012年净利润为85亿元,仅招待费一项就蚕食掉近10%,如此惊人数字自然引发舆论的关注和追问。为此,期间负责人反复表态“深刻反思、切实整改”。然而,当整改细节公之于众,不禁令人哑然失笑。在中铁建的规定中,被请人、证明人、陪吃人的角色可以有...

  • 省教育厅详解取消普高择校生六安新闻
    省教育厅详解取消普高择校生六安新闻

    近日,安徽省教育厅印发《关于做好2015年初中毕业学业考试和高中阶段招生工作的通知》,通知要求:“自2015年秋季开学起,各地要取消‘三限’政策,普通高中停止招收择校生”;将省示范高中招生指标分解到各初中学校,“2015年的分解指标应不低于学校招生计划...

  • 新天国际拟扩大定向增发
    新天国际拟扩大定向增发

    6月26日,新天国际葡萄酒业股份有限公司董事会发布公告称,为彻底解决公司财务结构不合理、债务负担沉重、销售薄弱的问题,拟对原非公开发行方案进行调整,扩大定向增发。*ST新天非公开发行股份数量由原来的不超过1.2亿股上升到不超过3亿股;募集资金额由原...