對斑馬魚日常節(jié)律的剔除 顯示時鐘基因功能
動物具有不同的行為模式,取決于一天中的時間,晝夜動物在白天活躍并在夜間睡覺,反之亦然在夜間動物中。盡管已知所謂的“時鐘基因”涉及將24小時光照波動的節(jié)律轉化為適當的生理反應,但仍然不清楚如何實現這一點。
通過專注于廣泛使用的研究動物斑馬魚,東京醫(yī)學和牙科大學(TMDU)的研究人員和日本各地的同事已經闡明了三個時鐘基因如何在響應光中發(fā)揮作用。通過廢除斑馬魚中這些基因的活性,這項工作表明這些基因決定了移動和休息的日常行為節(jié)律,以及活動所花費的總時間。
在最近在“ 科學報告 ”雜志上發(fā)表的這項研究中,該團隊選擇了斑馬魚,因為它們具有大量的后代,與哺乳動物相比它們的簡單性,以及它們簡單的行為節(jié)律,可以很容易地量化和研究。他們專注于該物種中的基因Cry1a,Per2和Cry2a,通過使用可以切割DNA的特定酶敲除其中的一個,兩個或全部三個來分析它們的功能
然后,該小組在完全黑暗,3小時光照和12小時光照條件下,將正常,未改變的斑馬魚與其單次,雙次和三次敲除對應物進行比較。后者在晝夜暴露于光的波動時反映了典型的條件。
“在我們對各種斑馬魚群體的比較中,我們發(fā)現在3小時和12小時的光照下,Per2和Cry1a基因的雙敲除效應存在差異,”共同作者Hiroshi Nishina說。“3小時光照后,魚的總活動性和運動和靜息行為異常均較低,但隨后暴露 12小時后,這些異常情況得到改善,表明晝夜節(jié)律與運動活動之間存在不同的調節(jié)機制。
然后,該團隊應用微陣列分析來更仔細地觀察其表達受時鐘基因敲除影響的其他特定基因。他們發(fā)現基因敲除和相關的行為異常與參與代謝的基因表達改變有關。研究結果表明,時鐘基因與生物體的能量供應有關,它們的缺失會減少這種供應,從而導致較低的運動和更多的斑馬魚休息。
“我們的工作揭示了光誘導時鐘基因在考慮特定生物體的生活方式時最大化生理效率的重要性,”平山淳說。“它促進了該領域的基礎研究,甚至可以幫助治療與這些基因相關的睡眠障礙。”
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