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维持我们生物钟的竟然是大脑中的这些填充物?

来源:生物谷 2017-03-30 18:00



2017年3月30日/生物谷BIOON/--科学家们发现,曾经被认为只是简单地为神经元占位的脑细胞实际上可能在帮助调节昼夜节律行为方面发挥重要作用。

星形胶质细胞是一种神经胶质细胞 – 即通常被称为“神经系统的胶水”的、为神经元提供支撑和保护的支持细胞。 但是一项新的研究表明,星形胶质细胞不仅仅是间隙填充剂,而且它对于保持我们身体的内部时钟是至关重要的。

长期以来,科学共识长期认为我们的内部时钟是由视神经核(SCN)控制的,这是由约20,000个神经元组成的下丘脑脑区域。 但同一区域约有6000个星形星形胶质细胞,其功能从未得到充分的解释。

现在,圣路易斯华盛顿大学的一个团队已经成功对小鼠中的星形胶质细胞进行独立控制--通过改变星形胶质细胞,科学家们能够减慢动物的时间感。

研究人员Matt Tso说:“我们之前并没料到它们的影响这么大。”

曾经人们认为,SCN是大脑调节昼夜节律的唯一部分,但科学家现在明白,全身的细胞都有自己的昼夜节律钟,包括构成肺、心脏、肝脏等器官的细胞。

2005年,神经科学家Erik Herzog的团队曾发现星形胶质细胞还包括这些时钟基因。

Herzog的团队表明,通过从小鼠中分离脑细胞并将其与生物发光蛋白偶联,他们会有节奏地发光 – 这证明他们能够像其他细胞一样有时间感。

研究人员花了十多年时间,通过使用CRISPR-Cas9基因编辑删除小鼠星形胶质细胞中被称为Bmal1的时钟基因,来研究在活体样本中检测星形胶质细胞行为的方法。

实验开始后,小鼠的昼夜节律持续约23.7小时,因为黑暗中的小鼠每23.7小时在轮子上跑一次,通常误差不会超过超过10分钟。

人类也不是完全遵守24小时节律的- 哈佛大学1999年的一项研究发现,我们的内部时钟在每个24小时周期里会多出11分钟。

尽管Herzog在2005年证明星形胶质细胞会参与保持时间感,但团队并没有预料到没有Bmal1的小鼠会受到影响,因为大多数关于SCN的研究证明了神经元而不是星形胶质细胞的控制作用。

“当我们删除星形胶质细胞中的基因时,我们本来预测它们的节律会保持不变,” Tso说。

“当人们在它们神经元中删除这个时钟基因时,动物们完全失去节奏,这表明神经元是维持日常节奏所必需的。”

但是,让研究人员震惊的是,删除星形胶质细胞中的时钟基因使得鼠标的内部时钟运行速度降低 – 每天的开始比平常约晚一个小时。

在另一项实验中,该小组研究了一种导致昼夜节律钟快速运行的基因突变。他们想知道,仅在动物的星形胶质细胞中修复这种基因,而不修复其神经元中的缺陷的话,会有什么影响。

“我们原本预计SCN会受神经元的影响,” Tso说。 “SCN中的神经元比星形胶质细胞多10倍,为什么它们的行为受的是星形胶质细胞的影响呢?

随着该突变在动物的星形胶质细胞中固定,小鼠比没有突变修复的小鼠(无论是在星形胶质细胞或神经元中)晚了2小时开始跑动。

“(这些结果)表明,星形胶质细胞以某种方式与神经元‘交谈’,以决定大脑中和行为上的节律,“Herzog说。

虽然研究人员承认,他们并不完全了解星形胶质细胞控制昼夜节律行为的程度,但显而易见的是,它非常强大。

当然,我们不能保证人类星形胶质细胞以和小鼠细胞相同的方式调节身体时钟,在今后的研究中可以对此进行确认。

我们必须等看到未来研究了才能知道结果,但有一件事是肯定的 - 这些脑细胞绝对不仅仅是神经元填充物。(生物谷bioon.com)

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原始出处:
Chak Foon Tso, Tatiana Simon, Alison C. Greenlaw, et al. (2017) Astrocytes Regulate Daily Rhythms in the Suprachiasmatic Nucleus and Behavior. Current Biology. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.02.03
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