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      研究人員闡明了生物鐘中死區(qū)生成的機(jī)制
      
			
      
				2019-05-15 09:07:08
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      地球上的大多數(shù)生物都有生物鐘。在哺乳動(dòng)物中，晝夜節(jié)律起搏器位于腦的視交叉上核(SCN)中。SCN由大約20,000個(gè)神經(jīng)元組成，并且可以在每個(gè)神經(jīng)元中獨(dú)立地觀察到具有大約24小時(shí)周期的振蕩基因表達(dá)?；虮磉_(dá)的這些細(xì)胞自主振蕩受到生物鐘基因的延遲負(fù)反饋調(diào)節(jié)的控制，并且作為生物鐘用于調(diào)節(jié)生物的行為和生理節(jié)律。
      

      研究人員闡明了生物鐘中死區(qū)生成的機(jī)制
      

      晝夜節(jié)律鐘的一個(gè)重要特性是對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)，使生物體能夠被夾帶在地球上的24小時(shí)光暗周期中。已經(jīng)表明，晝夜節(jié)律鐘在夜間響應(yīng)光信號(hào)，而它們?cè)诎滋觳豁憫?yīng)這些信號(hào)。即使生物體處于完全黑暗中也是如此;當(dāng)個(gè)人的身體時(shí)間在白天時(shí)，短的光脈沖不會(huì)改變生物鐘的時(shí)間。生物鐘對(duì)光信號(hào)不敏感的時(shí)間段稱(chēng)為“死區(qū)”。以前的研究表明死區(qū)的存在改善了時(shí)鐘的穩(wěn)健性。然而，其產(chǎn)生的機(jī)制尚不清楚。
      

      金澤大學(xué)的研究人員使用數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)模擬來(lái)闡明死區(qū)生成的機(jī)制。不同的物種具有不同的光響應(yīng)機(jī)制。例如，在果蠅果蠅的生物鐘系統(tǒng)中，光信號(hào)誘導(dǎo)晝夜節(jié)律抑制蛋白TIMELESS的降解。相反，在哺乳動(dòng)物中，光信號(hào)被眼睛感知并誘導(dǎo)SCN內(nèi)的生物鐘基因Period的表達(dá)。這些差異促使金澤大學(xué)的研究人員質(zhì)疑這兩個(gè)物種的死區(qū)生成機(jī)制是共同的還是不同的。
      

      為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員利用了一種稱(chēng)為古德溫模型的數(shù)學(xué)模型。該模型用于通過(guò)考慮mRNA和蛋白質(zhì)的濃度作為變量來(lái)描述生物鐘系統(tǒng)中的負(fù)反饋回路。數(shù)值模擬表明，Timeless mRNA的轉(zhuǎn)錄飽和誘導(dǎo)果蠅生物鐘中白天死區(qū)的產(chǎn)生。在哺乳動(dòng)物的生物鐘中，PERIOD蛋白的翻譯飽和而不是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生死區(qū)。計(jì)算機(jī)模擬表明，這些反應(yīng)的飽和僅在白天使光信號(hào)的影響無(wú)效。從而，
      

      將生物鐘夾帶到光暗周期是人類(lèi)健康的基礎(chǔ)。例如，身體內(nèi)的時(shí)鐘時(shí)間與本地時(shí)間之間的不匹配會(huì)導(dǎo)致時(shí)差。因此，研究生物鐘對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)對(duì)于理解地球上最常見(jiàn)的生物鐘之一是必不可少的，這可能具有醫(yī)療用途。死區(qū)被認(rèn)為對(duì)于將晝夜節(jié)律鐘強(qiáng)烈?jiàn)A帶到明暗周期非常重要。本研究表明，原則上，即使是單個(gè)神經(jīng)元也可以實(shí)現(xiàn)死區(qū)。這一發(fā)現(xiàn)表明，晝夜節(jié)律鐘的基本特性是在單細(xì)胞水平上確定的。
      
			

			
        
      
			
      
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