昼夜节律钟如何相互沟通

多个生物钟控制动物和人类的生理和行为的日常节律。这些时钟是否以及如何相互连接仍然是一个基本悬而未决的问题。一项新的研究表明，在某些情况下，中心时钟控制着昼夜节律。

无论是飞行，鼠标还是人类，生物钟都是驱动所有动物昼夜节律的核心机制。然而，一个中央时钟的概念调节所有身体的过程的时间是不正确的。相反，大多数生物都有大量的生物钟：大脑中的中心时钟和器官和系统中的各种外围时钟。

然而，这些时钟如何相互通信，它们如何同步以及中央时钟是否为所有其他单元设置时间仍然很大程度上未知。来自维尔茨堡大学和瓦尔帕莱索大学(智利)的国际科学家团队最近揭示了果蝇中心和外围时钟之间的联系，并提供了所谓的“耦合振荡器模型”的实验证据。一个“主”时钟和多个“从时钟”。

Würzburg部分研究由维尔茨堡大学生物中心神经遗传学教授Christian Wegener，博士后Mareike Selcho博士进行。学生Franziska Ruf和Jiangtian Chen以及学生Gregor Bergmann。科学家们在最新一期的“自然通讯”杂志上发表了他们的发现。

激素给孵化提示

“在这项研究中，我们专注于连接果蝇大脑中的生物钟与产生类固醇激素的前胸外周时钟的神经通路，”Christian Wegener解释说。什么使腺体如此有趣，它产生激素蜕皮激素，给果蝇的信号“长大”意味着它定义果蝇孵化的时刻。孵化过程遵循严格的时间表：通常仅在清晨进行。

从科学的角度来看，另一个方面使这条通路和腺体如此有趣：“人类有一个类似的系统可以以类似的方式工作，”Mareike Selcho说。在这里，肾上腺皮质具有与前胸腺相似的功能。但是，它代替蜕皮激素分泌糖皮质激素，糖皮质激素被认为在同步哺乳动物的昼夜节律钟中起着重要作用。当同步在人类中永久失调时，这可导致从抑郁症到心血管疾病和代谢紊乱的各种疾病。

中央和外围时钟之间的通信

早期研究的结果支持这样的假设，即果蝇大脑中的中心时钟与前胸腺的外周时钟相通。因此，即使将它们保持在恒定条件下，即在没有规律的昼夜循环的情况下，两个时钟都必须在通常时间用于苍蝇孵化。在正常的昼夜节律存在的情况下，就像在自然界中发生的那样，单独运作的外围时钟足以在清晨维持孵化。在这种情况下，中央时钟的故障没有问题。

在寻找连接途径时，维尔茨堡的科学家们专注于特定的神经元，这些神经元可以促进中心和外围时钟之间的接触，即所谓的PTTH神经元。“他们应该非常适合连接时钟，因为它们的空间布局，”Christian Wegener说。

事实上，维尔茨堡的科学家们能够证明PTTH神经元在果蝇的大脑时钟与其周边对应物之间建立了直接联系。他们在实验中表明，中央时钟神经元产生一种特殊的神经肽，它将时间信息传递给PTTH神经元。PTTH神经元又将信息传递给前胸腺的起搏器并调节蜕皮激素的产生。

维尔茨堡的研究人员发现他们的主人和奴隶理论得到了他们智利同事工作的证实。智利的研究人员进行了许多实验，他们以各种组合人为地减缓了果蝇的生物钟，并观察了对孵化行为的影响。

结果：当两个时钟运行得更慢时，“阴影节奏”从正常24小时增加到超过27.当外围时钟继续以常规速度运行并且中央时钟减速时，观察到类似的效果。反之亦然 - 即正常工作中央时钟和减慢外围时钟- 孵化行为在24小时间隔内保持不变。

“这是第一个将昼夜节律钟连接起来的综合实验性描述，它表明耦合振荡器模型在某些情况下实际上是正确的，”Christian Wegener说。但他承认，从了解昼夜节律钟的确切相互作用来看，科学还有很长的路要走。毕竟，最近的研究结果表明，各种机制交织在一起，并提供反馈回路。所以Wegener确信“这不容易。”

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