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系列专题报道 | 昼夜节律
2020-04-27
昼夜节律即生物体为了适应外界环境光线得变化而进化出来的一套适应系统,生物的昼夜节律性广泛影响着生物体的生理状态与行为活动。在哺乳动物中,动物24小时的节律性主要受下丘脑的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)调控,而视交叉上核的节律由来自视网膜的光信号调控,通过感知光强度的变化,使得机体做出一些改变来适应。昼夜节律又可成为生物钟,可分为中枢生物钟和外周生物钟,前者存在于大脑深部主要负责调控大脑中枢神经的节律,而后者存在于皮肤、肝脏、胰脏等器官和脂肪组织中调控组织或器官的节律性。如果任何一个外周生物钟和中枢生物钟不同步,就有可能导致肥胖、糖尿病、抑郁症和其他复杂疾病。为此BioArt精选了一些近几年发表的关于昼夜节律的研究文章,供读者阅读。点击对应图片阅读原推文
 

1.Neuron | 曹锐峰团队揭示细胞整合应激反应调控生物昼夜节律的机制

 2019年9月12日,明尼苏达大学医学院曹锐峰团队与加拿大麦吉尔大学Nahum Sonenberg和Shimon Amir团队(共同一作为Salil  SauravPathak和柳栋博士)合作在Neuron杂志上发表文The eIF2α Kinase GCN2 Modulates Period and Rhythmicity of the CircadianClock by Translational Control of Atf4,揭示了蛋白质翻译因子eIF2的激酶GCN2在整合应激反应与生物节律调控中的功能。 该研究发现ISR与生物昼夜节律调控之间的相互关系,可以通过GCN2-eIF2-ATF4通路实现。这一机制有可能是一个适用于细胞和生物个体的在进化中保守的机制,确保细胞的应激状态直接影响细胞对时间的感知。

2.Cell背靠背丨机体对光照交替变化产生的昼夜节律或不依赖于中枢系统

2019年5月30日,来自巴塞罗那生物医学研究所的Salvador Aznar Benitah团队和美国加州大学尔湾分校的Paolo Sassone-Corsi团队通力合作,在Cell杂志背靠背发表了两篇研究成果,分别为BMAL1-Driven Tissue Clocks Respond Independently to Light to Maintain Homeostasis和Defining the Independence of the Liver Circadian Clock,他们利用条件性表达小鼠模型,分别研究了皮肤(第一篇文章)和肝脏(第二篇文章)中的生物钟的调节,从而证明即使在其他组织生物钟功能丧失的情况下,表皮生物钟和肝脏生物钟的自律性也可以维持一定的功能,并可以独立于中枢生物钟而对光照改变做出应答,监测昼夜光强度的变化而行使组织功能。这两篇文章都出人意料的发现,即使缺少其他转录激活因子BMAL1介导的组织生物钟,包括中枢生物钟的缺失,只要光照周期存在,表皮或者肝脏细胞就能使得自身依赖于BMAL1的生理节律机制同步化。

3.丁琛/秦钧/贺福初合作团队利用多维组学手段揭示小鼠肝脏昼夜节律调控机制

2018年4月19日,复旦大学丁琛课题组、国家蛋白质科学中心(北京)秦钧课题组与军事科学院贺福初课题组合作在Nature Communications杂志上发表了题为 The proteomics landscape of Circadian Rhythm in Mouse liver 的研究论文,该研究揭示了转录因子在小鼠肝脏昼夜节律中的核心调控作用,构建了以转录因子为核心的多维度昼夜节律调控网络,填补了昼夜节律研究在蛋白质组层面的空白,为了解肝脏昼夜节律功能转换机制,节律相关疾病的防诊治的研究提供依据。该研究不仅在蛋白组水平上首次对昼夜节律中的调控核心-转录因子进行了解析,并结合多维组学的方法系统性的描绘了节律调控网络对肝脏生理功能昼夜变化的影响。同时,肝脏和Kupffer Cells在昼夜间的蛋白质组学研究,体现出蛋白在细胞水平和组织水平中昼夜节律的差异,为深入解析器官昼夜生理功能差异的分子机制奠定了良好的基础,也为后续肝脏昼夜生理功能和节律相关疾病的研究提供理论指导和新的研究靶点。

4.Sci Immuno | 昼夜节律/生物钟调节肠道3型固有淋巴细胞稳态功能

2019年10月4日,美国康奈尔大学威尔医学院(Weill Cornell Medicine, Cornell University)Gregory Sonnenberg团队在Science Immunology杂志上发表了封面文章A circadian clock is essential for homeostasis of group 3 innate lymphoid cells in the gut,揭示了昼夜节律/生物钟对肠道ILC3s稳态功能的重要调节作用。该研究首次发现肠道ILC3s存在生物钟核心通路与其免疫功能通路的昼夜节律调节,提示肠道ILC3s需要这样的内在系统来更好响应外部环境因素输入(如肠道菌群的昼夜震荡)以维持机体局部组织稳态。比较来自同一个病人的炎症与非炎症部位的ILC3s的生物钟基因的表达差异也提示对于很多慢性炎症性疾病,免疫细胞的生物钟调节失衡可能是潜在的治疗切入点,在诸如类风湿性关节炎(RA),慢性阻塞性肺病(COPD)治疗中这样的基于免疫系统昼夜功能差异的治疗理念(chrono-immunotherapy)已经被一定程度上应用,而本文的发现也许会对肠道菌群失衡相关疾病中从昼夜节律角度改善ILC3s功能提供新的思路。





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