Science:SCN细胞基因调控生物钟研究

2009年11月05日 23:17  点击:[]

白天工作,晚上睡觉,到点吃饭……生物钟让人们生活节奏固定,生活井井有条。

英美研究人员从基因入手重新认识生物钟背后机理,研究结果颠覆传统理论。这一研究有望帮助治愈因生物钟紊乱引起的多种疾病。

颠覆旧理念

位于下丘脑处的视交叉上核(SCN)是人体生物节律中心,“全盘掌控”生物钟。一支由英国和美国科学家组成的研究团队研究发现SCN神经元工作模式与传统认识大相径庭。

传统理论认为,SCN神经元白天频繁发出电脉冲,而夜间发送速度放缓,使人白天精神,晚上乏累,形成规律的生理节奏。

由于SCN神经元深埋在大脑深处,实验难以在人体内进行,因此研究人员选用老鼠作为实验对象。实验结果显示,SCN神经元白天并不发出电脉冲信号,而是只在黄昏时分发出,在夜间则进入休眠状态。

研究人员之一、英国曼彻斯特大学休·彼金斯博士说,这一发现“让我们彻底重新认识调节生物钟的电脉冲活动模式”。

基因新发现

按照传统研究方法,研究人员将所有SCN细胞一视同仁,认为所有SCN细胞都能发出电脉冲信号。

但这一研究中,研究人员发现,SCN由两种完全不同的细胞组成,只有含per1基因的“钟细胞”能发出电脉冲,“非钟细胞”却不能。

“这是研究人员首次从基因角度研究SCN细胞,”彼金斯说。

他解释说,过去研究人员认为只有细胞受损或死亡时才处于休眠状态,但事实上与一般细胞不同,“钟细胞”在休眠时仍正常运转。

“有趣的是,大脑其他部分也可能存在这种per1基因,这能使我们重新认识大脑,”他说。

治疗见曙光

生物钟让我们每天按时吃饭、睡觉、起床,形成合理的作息习惯,然而时差、熬夜等原因会导致生物钟紊乱,进而引发癌症、老年痴呆症、心理障碍等多种疾病。

彼金斯表示,这一研究能帮助研发调节人体生理节奏的药物,帮助经历长途飞行劳顿的“空中飞人”加速调整。

“我们的目标就是要研发出只针对per1基因的药物,”彼金斯说。

另一名研究人员、来自美国密歇根大学的丹尼尔·弗格教授说:“我们已经破解密码,它将对我们治疗与生物钟有关的各种疾病产生重大影响。”( 生物谷 Bioon.com)

近期生物钟文章汇总:

PNAS:生物钟与血糖调节密切相关

Cell:生物钟调节基因可影响机体代谢

Nature & Science: 颠覆原有生物钟概念

Science :c-AMP可调节生物钟

生物谷推荐原始出处:

Science9 October 2009:DOI: 10.1126/science.1169657

Daily Electrical Silencing in the Mammalian Circadian Clock

Mino D. C. Belle,1 Casey O. Diekman,2,4 Daniel B. Forger,3,4 Hugh D. Piggins1,*

Neurons in the brain’s suprachiasmatic nuclei (SCNs), which control the timing of daily rhythms, are thought to encode time of day by changing their firing frequency, with high rates during the day and lower rates at night. Some SCN neurons express a key clock gene, period 1 (per1). We found that during the day, neurons containing per1 sustain an electrically excited state and do not fire, whereas non-per1 neurons show the previously reported daily variation in firing activity. Using a combined experimental and theoretical approach, we explain how ionic currents lead to the unusual electrophysiological behaviors of per1 cells, which unlike other mammalian brain cells can survive and function at depolarized states.

1 Faculty of Life Sciences, A. V. Hill Building, University of Manchester, Manchester M13 9PT, UK.

2 Department of Industrial and Operations Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.

3 Department of Mathematics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.

4 Center for Computational Medicine and Bioinformatics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.

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