多個(gè)生物鐘控制動(dòng)物和人類的生理和行為的日常節(jié)律。這些時(shí)鐘是否以及如何相互連接仍然是一個(gè)基本懸而未決的問(wèn)題。一項(xiàng)新的研究表明，在某些情況下，中心時(shí)鐘控制著晝夜節(jié)律。

無(wú)論是飛行，鼠標(biāo)還是人類，生物鐘都是驅(qū)動(dòng)所有動(dòng)物晝夜節(jié)律的核心機(jī)制。然而，一個(gè)中央時(shí)鐘的概念調(diào)節(jié)所有身體的過(guò)程的時(shí)間是不正確的。相反，大多數(shù)生物都有大量的生物鐘：大腦中的中心時(shí)鐘和器官和系統(tǒng)中的各種外圍時(shí)鐘。

然而，這些時(shí)鐘如何相互通信，它們?nèi)绾瓮揭约爸醒霑r(shí)鐘是否為所有其他單元設(shè)置時(shí)間仍然很大程度上未知。來(lái)自維爾茨堡大學(xué)和瓦爾帕萊索大學(xué)(智利)的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)最近揭示了果蠅中心和外圍時(shí)鐘之間的聯(lián)系，并提供了所謂的“耦合振蕩器模型”的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。一個(gè)“主”時(shí)鐘和多個(gè)“從時(shí)鐘”。

Würzburg部分研究由維爾茨堡大學(xué)生物中心神經(jīng)遺傳學(xué)教授Christian Wegener，博士后Mareike Selcho博士進(jìn)行。學(xué)生Franziska Ruf和Jiangtian Chen以及學(xué)生Gregor Bergmann?？茖W(xué)家們?cè)谧钚乱黄诘?ldquo;自然通訊”雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

激素給孵化提示

“在這項(xiàng)研究中，我們專注于連接果蠅大腦中的生物鐘與產(chǎn)生類固醇激素的前胸外周時(shí)鐘的神經(jīng)通路，”Christian Wegener解釋說(shuō)。什么使腺體如此有趣，它產(chǎn)生激素蛻皮激素，給果蠅的信號(hào)“長(zhǎng)大”意味著它定義果蠅孵化的時(shí)刻。孵化過(guò)程遵循嚴(yán)格的時(shí)間表：通常僅在清晨進(jìn)行。

從科學(xué)的角度來(lái)看，另一個(gè)方面使這條通路和腺體如此有趣：“人類有一個(gè)類似的系統(tǒng)可以以類似的方式工作，”Mareike Selcho說(shuō)。在這里，腎上腺皮質(zhì)具有與前胸腺相似的功能。但是，它代替蛻皮激素分泌糖皮質(zhì)激素，糖皮質(zhì)激素被認(rèn)為在同步哺乳動(dòng)物的晝夜節(jié)律鐘中起著重要作用。當(dāng)同步在人類中永久失調(diào)時(shí)，這可導(dǎo)致從抑郁癥到心血管疾病和代謝紊亂的各種疾病。

中央和外圍時(shí)鐘之間的通信

早期研究的結(jié)果支持這樣的假設(shè)，即果蠅大腦中的中心時(shí)鐘與前胸腺的外周時(shí)鐘相通。因此，即使將它們保持在恒定條件下，即在沒(méi)有規(guī)律的晝夜循環(huán)的情況下，兩個(gè)時(shí)鐘都必須在通常時(shí)間用于蒼蠅孵化。在正常的晝夜節(jié)律存在的情況下，就像在自然界中發(fā)生的那樣，單獨(dú)運(yùn)作的外圍時(shí)鐘足以在清晨維持孵化。在這種情況下，中央時(shí)鐘的故障沒(méi)有問(wèn)題。

在尋找連接途徑時(shí)，維爾茨堡的科學(xué)家們專注于特定的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元可以促進(jìn)中心和外圍時(shí)鐘之間的接觸，即所謂的PTTH神經(jīng)元。“他們應(yīng)該非常適合連接時(shí)鐘，因?yàn)樗鼈兊目臻g布局，”Christian Wegener說(shuō)。

事實(shí)上，維爾茨堡的科學(xué)家們能夠證明PTTH神經(jīng)元在果蠅的大腦時(shí)鐘與其周邊對(duì)應(yīng)物之間建立了直接聯(lián)系。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中表明，中央時(shí)鐘神經(jīng)元產(chǎn)生一種特殊的神經(jīng)肽，它將時(shí)間信息傳遞給PTTH神經(jīng)元。PTTH神經(jīng)元又將信息傳遞給前胸腺的起搏器并調(diào)節(jié)蛻皮激素的產(chǎn)生。

維爾茨堡的研究人員發(fā)現(xiàn)他們的主人和奴隸理論得到了他們智利同事工作的證實(shí)。智利的研究人員進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，他們以各種組合人為地減緩了果蠅的生物鐘，并觀察了對(duì)孵化行為的影響。

結(jié)果：當(dāng)兩個(gè)時(shí)鐘運(yùn)行得更慢時(shí)，“陰影節(jié)奏”從正常24小時(shí)增加到超過(guò)27.當(dāng)外圍時(shí)鐘繼續(xù)以常規(guī)速度運(yùn)行并且中央時(shí)鐘減速時(shí)，觀察到類似的效果。反之亦然 - 即正常工作中央時(shí)鐘和減慢外圍時(shí)鐘- 孵化行為在24小時(shí)間隔內(nèi)保持不變。

“這是第一個(gè)將晝夜節(jié)律鐘連接起來(lái)的綜合實(shí)驗(yàn)性描述，它表明耦合振蕩器模型在某些情況下實(shí)際上是正確的，”Christian Wegener說(shuō)。但他承認(rèn)，從了解晝夜節(jié)律鐘的確切相互作用來(lái)看，科學(xué)還有很長(zhǎng)的路要走。畢竟，最近的研究結(jié)果表明，各種機(jī)制交織在一起，并提供反饋回路。所以Wegener確信“這不容易。”