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蜂窝时钟可以同步而且无需外部信号干预

昼夜节律生物钟是最基本的生物学机制之一,它可以调节大约24小时内所有生物的代谢功能。在人类中,它们的破坏是许多代谢性疾病(例如糖尿病或严重肝病)的原因。尽管科学家们已经研究了这种机制很多年,但对其工作原理知之甚少。得益于基于生物发光的观察工具,日内瓦大学(UNIGE)的研究团队能够证明组成特定器官的细胞可以是同相的,即使没有中央脑钟或其他任何时钟体内的时钟。确实,科学家设法在完全心律不齐的小鼠中恢复了肝脏中的昼夜节律功能,表明神经元的协调能力并非独一无二。

长期以来,科学界一直认为昼夜节律完全由位于大脑中的中央时钟控制,然后几年前才发现小分子时钟在人体所有细胞中都存在。发起这项工作的UNIGE科学学院名誉教授Ueli Schibler说:“尽管如此,脑时钟仍然被认为是所有外围时钟同步所不可或缺的。”“但是,通常的研究工具不允许我们探索这一假设的有效性。确实,要做到这一点,我们必须能够在相当长的一段时间内实时跟踪动物的昼夜节律基因的表达。带有或不带有功能性大脑时钟的动物。” Flore Sinturel解释说,

生物发光研究昼夜节律

早在2013年,Schibler教授的团队就开发了一种全新的技术,现已在市场上出售,该技术可以监测特定器官的活动及其控制的昼夜节律。他解释说:“例如,我们受到萤火虫中观察到的生物发光原理的启发。”“我们的小鼠带有一个昼夜节律报告基因,该基因产生一种酶,荧光素酶。然后,我们将荧光素添加到他们的饮用水中,这种物质在被荧光素酶氧化时会引起光子发射。”然后由光电倍增管捕获光,该光电倍增管记录每分钟发射的光子数,从而检测生物钟报告基因随时间的表达。

拆下中央时钟后,科学家观察到体内所有时钟处于不同相位。但是,在单个器官(在这种情况下为肝脏)的水平上,小鼠保留了稳健且协调的昼夜节律。因此,尽管中央时钟可以在同一阶段同步所有器官,但细胞之间的通信足以维持单个器官内协调的节奏。“虽然人们认为只有神经元具有足够强的连接能力来确保这种昼夜节律的协调,但我们现在证明事实并非如此,”弗洛雷·辛特尔说。“这使中央时钟的奇异性成为现实。”

然后,科学家们证实了他们的发现:在心律不齐的小鼠中,即没有昼夜节律的小鼠,研究人员仅在不接触其他器官的情况下就成功地恢复了肝脏的节律性表达。她解释说:“这使我们能够证明,即使在体内没有其他所有时钟的情况下,在一个器官中恢复的时钟也能正常工作并具有节奏。”现在,他们想了解这些细胞在没有从大脑或其他外部信号接收到任何信息时如何保持相同的状态。他们的假设?这些不同细胞之间以分子交换的形式存在偶联形式。

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