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Cell子刊:哪个神经元控制生物钟节律?

最近,美国德克萨斯大学(UT)西南医学中心的神经科学家,确定了对决定昼夜节律至关重要的神经元。生物钟昼夜节律是一个24小时过程,控制着睡眠和清醒周期,以及其他重要的身体功能,如激素的分泌、代谢和血压。


昼夜节律是由位于大脑下丘脑的视交叉上核(SCN)产生的,但此前研究人员一直未能确定这一区域内成千上万的神经元中,到底是哪一个参与了控制身体的计时机制。


UT西南医学中心研究员、霍华德休斯医学研究所神经科学主席Joseph Takahashi 博士说:“我们发现,一组SCN神经元——表达一种称为神经介素S(NMS)的神经肽,对于昼夜节律控制来说,是必要和充分的。”


研究结果发表在三月四日的《Neuron》杂志上,可以为昼夜功能障碍有关的疾病治疗,提供重要的新靶标,涉及范围从时差和睡眠障碍,到神经问题,如阿尔茨海默氏病,以及代谢问题和精神疾病,如抑郁症。


在上世纪70年代进行的重点研究表明,SCN与整个身体的细胞进行沟通和协调,来控制昼夜节律,但SCN包含许多神经元,它们具有不同的神经肽和神经递质表达模式。


本文资深作者、分子遗传学教授Masashi Yanagisawa说:“这些神经元中,哪一个负责产生昼夜节律,是神经生物学一大悬而未决的问题。这项研究是我们理解人体生物钟的一个重要进步。”


NMS是一种神经肽——由氨基酸组成的一个蛋白,神经元(大脑中的细胞)用其进行通讯。研究人员制备了独特的小鼠模型,来确定表达NMS的神经元,作为调节昼夜节律的细胞起搏器。具体地说,研究小组发现,调节仅位于NMS神经元中的内部生物钟,可改变整个动物的昼夜节律周期。此外,本研究对于光同步身体生物钟节律的机制,提供了新的见解。


Takahashi 博士鉴定并克隆了第一个与昼夜节律相关的哺乳动物基因——称为Clock。此后,Takahashi实验室确定,在小鼠中破坏CLOCK和BMAL1基因可以改变胰腺分泌的胰岛素,从而导致糖尿病,并且他们确定了CLOCK-BMAL1蛋白复合物的三维结构,被认为是生物钟的电源。


Yanagisawa博士首次发现了内皮素对心血管系统的重要作用,后来,他发现了食欲素,表明睡眠/觉醒是由一个单一的神经肽所控制。从那以后,他的实验室已经确定了许多参与食欲和血压调节的受体,以及在能量代谢、应激反应、情绪和其他功能中起重要调节作用的其他神经肽。


原文链接:Neuromedin S-Producing Neurons Act as Essential Pacemakers in the Suprachiasmatic Nucleus to Couple Clock Neurons and Dictate Circadian Rhythms


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