研究表明，cAMP分子受大腦SCN中血管活性腸肽(VIP)的調節，對晝夜節律至關重要

晝夜節律是一種持續大約24小時的內在循環，它調節著各種生物過程，比如睡眠和清醒。日本名古屋大學的一個研究小組最近發現，神經網絡通過一種叫做環磷酸腺苷(cAMP)的細胞內分子在調節晝夜節律方面發揮著重要作用。

研究人員發現，神經網絡，特別是通過環磷酸腺苷分子(cAMP)，在調節晝夜節律中起著關鍵作用。這一發現為睡眠障礙和與晝夜節律中斷相關的健康問題提供了新的治療方法。研究表明，cAMP分子受大腦SCN中血管活性腸肽(VIP)的調節，對晝夜節律至關重要，為相關健康疾病提供了潛在的新療法。這一發現可能為治療睡眠障礙和其他受晝夜節律破壞影響的慢性健康狀況的新策略鋪平道路。這項研究發表在《Science Advances》雜志上。

細胞成分及其功能

在生物體內，幾乎每個細胞都包含一個生物鐘，它調節晝夜節律的周期。在哺乳動物中，一組神經元形成一種稱為視交叉上核(SCN)的結構，被稱為主時鐘。它位于大腦的下丘腦，與周圍組織的生物鐘同步。

晝夜節律是由生物鐘基因的轉錄和翻譯機制調節的，生物鐘基因編碼調節日常周期的蛋白質。然而，一些科學家認為，在SCN中，所謂的第二信使，如cAMP和鈣離子，也參與了晝夜節律的調節。第二信使是存在于細胞內的分子，通過傳遞來自細胞外分子的信號來調節細胞活動。

“SCN中第二信使的功能作用在很大程度上仍不清楚，”該研究的主要作者Daisuke Ono博士說。“在第二信使中，cAMP被認為是在各種生物功能中特別重要的分子。因此，了解SCN的作用可能會導致治療睡眠障礙和其他因晝夜節律紊亂而導致的健康問題的新策略。”

研究方法及結果

為了研究這個問題，由Ono博士領導的名古屋大學研究小組與北京大學的 Yulong Li和Evident公司的Takashi Sugiyama合作，對SCN中的cAMP進行了一項研究。

研究人員首先利用他們開發的生物發光cAMP探針，將cAMP的晝夜節律模式可視化。為了比較，他們還可視化了鈣離子的節律模式。當他們阻斷神經網絡的功能時，cAMP的節律喪失，而鈣離子的節律仍然存在。這表明在SCN中，cAMP的節律是由神經網絡控制的，而鈣離子的節律是由細胞內機制調節的。

接下來，他們重點研究了一種叫做血管活性腸肽(VIP)的細胞外信號分子。已知其受體可調節SCN中的cAMP。為了分析VIP如何影響cAMP的節律，他們抑制了VIP信號。他們的結果顯示cAMP的節律喪失，表明SCN中細胞內cAMP的節律是由VIP調節的。如果這是正確的，那么在VIP發布中也應該有一個晝夜節律。

為了驗證這一點，他們使用綠色熒光蛋白引入了基于G蛋白偶聯受體激活(GRAB)的VIP傳感器。SCN中VIP釋放的延時成像顯示了一個清晰的晝夜節律。此外，通過阻斷神經網絡的功能，這種VIP釋放節律被取消。這些結果表明，VIP的釋放節律取決于神經元的活動，VIP的釋放節律調節細胞內cAMP的節律。

最后，為了確定cAMP如何影響時鐘基因的轉錄節奏和翻譯機制，他們用小鼠進行了實驗。他們在SCN切片中表達了一種稱為腺苷酸環化酶(bPAC)的光誘導酶，并使用生物發光成像測量了時鐘基因Per2的蛋白質水平。然后，他們用藍光照射細胞，以驗證cAMP對晝夜節律的影響。結果表明，藍光對cAMP的操縱改變了生物鐘基因的晝夜節律。他們還操縱了活小鼠SCN中cAMP的節律，發現行為節律也發生了變化。這些結果表明，細胞內cAMP影響涉及時鐘基因的分子和行為晝夜節律。

“我們得出結論，SCN細胞內cAMP節律是由VIP依賴的神經網絡調節的，”Ono解釋說。“此外，網絡驅動的cAMP節律協調SCN中的晝夜分子節律以及行為節律。未來，我們希望闡明祖先的生物鐘，它獨立于生物鐘基因，在生命中普遍存在。”

本網站所有轉載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉載內容不代表本站立場。不希望被轉載的媒體或個人可與我們聯系，我們將立即進行刪除處理。