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        研究人員闡明了生物鐘中死區(qū)生成的機制
        
			
        
				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個神經(jīng)元組成，并且可以在每個神經(jīng)元中獨立地觀察到具有大約24小時周期的振蕩基因表達?；虮磉_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)生成的機制
        

        晝夜節(jié)律鐘的一個重要特性是對光信號的響應(yīng)，使生物體能夠被夾帶在地球上的24小時光暗周期中。已經(jīng)表明，晝夜節(jié)律鐘在夜間響應(yīng)光信號，而它們在白天不響應(yīng)這些信號。即使生物體處于完全黑暗中也是如此;當(dāng)個人的身體時間在白天時，短的光脈沖不會改變生物鐘的時間。生物鐘對光信號不敏感的時間段稱為“死區(qū)”。以前的研究表明死區(qū)的存在改善了時鐘的穩(wěn)健性。然而，其產(chǎn)生的機制尚不清楚。
        

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

        為了解決這個問題，研究人員利用了一種稱為古德溫模型的數(shù)學(xué)模型。該模型用于通過考慮mRNA和蛋白質(zhì)的濃度作為變量來描述生物鐘系統(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)。計算機模擬表明，這些反應(yīng)的飽和僅在白天使光信號的影響無效。從而，
        

        將生物鐘夾帶到光暗周期是人類健康的基礎(chǔ)。例如，身體內(nèi)的時鐘時間與本地時間之間的不匹配會導(dǎo)致時差。因此，研究生物鐘對光信號的響應(yīng)對于理解地球上最常見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)為對于將晝夜節(jié)律鐘強烈夾帶到明暗周期非常重要。本研究表明，原則上，即使是單個神經(jīng)元也可以實現(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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