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2021年10月6日訊/生物谷BIOON/---所有的生物都受制于一種內(nèi)部生物節(jié)律，它控制著許多生理過程。特別是在人類中，這種內(nèi)部時鐘遵循24小時周期，甚至在沒有外部觸發(fā)因素（如光線或溫度變化）的情況下也是如此。在一項新的研究中，來自瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的研究人員利用遺傳模式生物黑腹果蠅，發(fā)現(xiàn)Nf1基因?qū)τ谒?覺醒周期（sleep-wake cycle）的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。該基因也參與了人類的一種常見遺傳病---導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中腫瘤形成的神經(jīng)纖維瘤?。╪eurofibromatosis）。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋在患有這種疾病的患者身上觀察到的某些癥狀，特別是他們的睡眠受到干擾。相研究結(jié)果于2021年10月1日發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標題為“Neurofibromin 1 in mushroom body neurons mediates circadian wake drive through activating cAMP–PKA signaling”。

有機體的大多數(shù)生物功能，如睡眠-覺醒周期、體溫、心率、血壓、激素分泌，以及認知能力、情緒或記憶，都受到晝夜節(jié)律---24小時周期---的調(diào)節(jié)。因此，正是由于這個位于人類下丘腦的內(nèi)部時鐘，我們從早上到一天結(jié)束時最清醒，白天的體溫明顯較高，晚上的腸道收縮較低。

所有的動物和植物物種都有自己的晝夜節(jié)律，論文通訊作者、日內(nèi)瓦大學(xué)理學(xué)院遺傳學(xué)與進化系教授Emi Nagoshi及其團隊使用在成熟的水果上發(fā)現(xiàn)的果蠅，詳細研究調(diào)節(jié)這些內(nèi)部時鐘的機制。果蠅是遺傳研究的首選模型：不僅可以在實驗室中非常容易地操縱果蠅及其基因組，而且許多基因在果蠅和高等生物之間是保守的，這往往使發(fā)現(xiàn)的范圍從果蠅擴大到人類成為可能。

監(jiān)測果蠅的睡眠

利用檢測管子里的果蠅運動的紅外傳感器，這些作者可以很容易地分析它們的睡眠-覺醒周期。在24小時內(nèi)，果蠅在晚上睡覺約10小時，然后整個白天活動，除了約4至5小時的午睡。他們對那些睡眠-覺醒周期失調(diào)的大腦特定區(qū)域（因其特有的形狀而被稱為“蕈形體”）受到損害的果蠅很感興趣。他們分析了健康果蠅大腦中這個區(qū)域的基因表達。

蕈形體中PKA-C1的表達節(jié)律受生物鐘和光線的調(diào)節(jié)，圖片來自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-26031-2。

論文共同作者、日內(nèi)瓦大學(xué)遺傳學(xué)與進化系研究員Blanca Lago Solis解釋說，“我們鑒定了一個稱為Nf1的基因，它的表達根據(jù)果蠅的睡眠-覺醒周期而波動：當果蠅醒著的時候，它的表達增加了，而在它們的睡眠期間，它的表達減少了?！睘榱俗C實這個基因和晝夜節(jié)律之間的聯(lián)系，這些作者觀察了那些不管一天中的什么時候微弱地表達這個基因的果蠅。Solis報告說，“這些果蠅完全失調(diào)，而且有更多的睡眠周期。”

與神經(jīng)纖維瘤病的潛在聯(lián)系

NF1蛋白位于觸發(fā)鈣釋放的調(diào)節(jié)級聯(lián)的上游，而鈣是激活大腦蕈形體中的神經(jīng)元所必需的。Nf1的表達導(dǎo)致大腦這一區(qū)域的神經(jīng)元在白天比晚上更活躍，從而促進了白天的清醒。Nf1的人類同源物是一個防止神經(jīng)系統(tǒng)中腫瘤產(chǎn)生的基因。

Nagoshi總結(jié)道，“當一個人攜帶Nf1基因的突變時，他或她就患有神經(jīng)纖維瘤病，這是一種常見的遺傳疾病，容易發(fā)展為神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤。神經(jīng)纖維瘤病患者的癥狀之一是睡眠障礙，探索Nf1在這一現(xiàn)象中的潛在作用將是有趣的?！保ㄉ锕?Bioon.com）

參考資料：

Pedro Machado Almeida et al. Neurofibromin 1 in mushroom body neurons mediates circadian wake drive through activating cAMP–PKA signaling. Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-26031-2.

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