2月18日科学家们发现我们的昼夜节律如何既强大又灵活

从微小的果蝇到人类，地球上的所有动物都根据它们的内部生物钟维持它们的日常节律。生物钟使生物体能够根据 24 小时的昼夜周期进行行为和生理的节律性变化。例如，我们自己的生物钟告诉我们的大脑在夜间释放褪黑激素，一种诱导睡眠的激素。

生物钟的分子机制的发现被授予 2017 年诺贝尔生理学或医学奖。据我们所知，没有一个中心化时钟对我们的生物钟负责。相反，它在分层网络中运行，其中有“主起搏器”和“从属振荡器”。

主起搏器接收来自环境的各种输入信号，例如光。然后主机驱动从属振荡器，调节各种输出，如睡眠、进食和新陈代谢。尽管起搏器神经元的作用不同，但众所周知，它们具有共同的分子机制，这些机制在所有生命形式中都得到了很好的保护。例如，已在果蝇中深入研究了由核心时钟蛋白组成的多个转录-翻译反馈回路 (TTFL) 的联锁系统。

然而，关于我们自己的生物钟，我们仍然需要了解很多。主时钟神经元和从时钟神经元的分层组织性质导致普遍认为它们共享相同的分子时钟。同时，它们在调节身体节律方面所起的不同作用也提出了它们是否可能在不同的分子发条机制下发挥作用的问题。

(左)生物钟作为一个网络运行，其中主起搏器和从属振荡器以分层方式组织。尽管它们通过 PER 蛋白的相同转录-翻译反馈回路 (TTFL) 产生节律，但它们之间生成的 PER 节律是不同的。(右)通过使用描述果蝇生物钟(上)的 TTFL 的数学模型，我们确定了主时钟神经元和从时钟神经元(下)之间的差异。图片来源：基础科学研究所

在 Kim Jae Kyoung 和 Kim Eun Young 教授的带领下，基础科学研究所 (IBS) 和 Ajou 大学的研究人员结合使用果蝇的数学和实验方法来回答这个问题。研究小组发现，主时钟和从时钟通过不同的分子机制运行。

在果蝇的主神经元和从属神经元中，一种称为 PER 的与昼夜节律相关的蛋白质会根据一天中的时间以不同的速率产生和降解。此前，该团队发现在野生型和 Clk-Δ 突变果蝇中，主时钟神经元 (sLN v s) 和从时钟神经元 (DN1 ps) 具有不同的PER谱。这暗示主时钟神经元和从时钟神经元之间的分子时钟系统可能存在潜在差异。

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