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Cell:震惊!小鼠肝脏的大小一天之内可增加50%

来源:生物谷 2017-05-06 12:55


图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.04.015

2017年5月6日/生物谷BIOON/---在哺乳动物中,肝脏在代谢和毒素清除中发挥着至关重要的作用,而且当哺乳动物活动和进食时,它们的肝脏达到它的最高效率。几年前,在Ueli Schibler(如今是瑞士日内瓦大学的一名名誉教授)领导下,研究人员已注意到小鼠肝细胞在晚上快结束时会变大,在白天结束时会变小。如今,在一项新的研究中,Schibler及其团队不仅证实肝细胞大小每天会波动,而且在小鼠最为活跃的晚上,它们的整个肝脏变得更大。这些观察到的细胞和器官大小变化与进食-禁食周期相关联,而且伴随着增加的蛋白水平和核糖体组装。相关研究结果发表在2017年5月4日的Cell期刊上,论文标题为“Diurnal Oscillations in Liver Mass and Cell Size Accompany Ribosome Assembly Cycles”。

美国加州大学圣克鲁斯分校的Carrie Partch(未参与这项研究)告诉《科学家》杂志,“这是一项基础研究。核糖体是一种通用的蛋白表达复合体,而且你拥有一种时钟来控制它的组装和调整它何时是最为活跃的想法是真地令人兴奋的。”

Schibler和同事们已确定肝细胞大小在整个晚上扩大,随后在白天期间缩小。但是仅当在晚上给这些小鼠喂食时,他们才观察到这种波动。当这些小鼠在白天期间进食时,当它们不那么活跃时,这种明确的变化规律消失了,即便它们接受类似的食物数量喂食,也是如此。

这些肝细胞变化似乎影响整个肝脏。在这些小鼠的活跃期结束时,晚上进食的小鼠的肝脏要比它们不活跃时增大了将近50%(根据占身体总重量的比例)。这些研究人员并没有在白天进食的小鼠的肝脏或者在其他的器官中观察到这种情形。

当Schibler团队研究RNA和蛋白水平时,他们观察到一种类似的情形:在晚上进食的小鼠当中,这两种分子的水平在它们的整个活跃时期都上升了。相反之下,在白天进食的小鼠当中,RNA和蛋白的水平没有发生变化。DNA水平在所有小鼠当中都保持不变,这意味着肝细胞数量每天不会发生变化。

美国宾夕法尼亚大学的Mitchell Lazar(未参与这项研究)说,“我们认为肝脏具有非常恒定不变的大小,但是这篇论文明确地证实肝脏大小具有昼夜节律。人们将会对这种现象和是什么导致它发生非常感兴趣。”

Schibler团队在晚上进食的小鼠中发现翻译效率在它们的整个活跃时期中间增加了,而且核糖体在肝细胞中聚集,在夜晚结束时达到最高点。然而,前信使RNA(pre-messenger RNA, pre-mRNA)和前核糖体RNA(pre-ribosomal RNA, pre-rRNA)合成在24小时内保持不变,这提示着rRNA聚集的节律是在转录后受到控制的,而且可能是在白天期间通过降解核糖体实现的。确实,他们发现一种rRNA前体分子以一种昼夜节律的方式发生多聚腺苷酸化,并且被靶向运送到细胞核中具有3'->5'核糖核酸外切酶活性的外切体(exosome)复合体中进行降解。

令人吃惊的是,当Schibler团队在一种控制至关重要的昼夜节律的基因受到敲除的小鼠肝脏中研究了18S rRNA前体分子的多聚腺苷酸化,结果发现这些每天的波动不会发生太大的变化。这一发现提示着进食-禁食周期要比这种主时钟在指导rRNA多聚腺苷酸化和核糖体聚集中发挥着更加重要的作用。

Schibler说,“我们并不知道这种光照周期如何与这种进食-禁食周期相互合作。找出这些节律的功能可能是更加困难的,但也是比较重要的。”

Schibler补充道,“这种机制很可能也适合于人类。”他猜测肝脏的解毒功能受到这种器官的昼夜节律的影响,这也可能影响肝脏加工的药物的疗效。他说,“我认为这具有一种非常重要的未来。更多的人应当了解它,而且更多的人应当研究它。”(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Flore Sinturel, Alan Gerber, Daniel Mauvoisin et al. Diurnal Oscillations in Liver Mass and Cell Size Accompany Ribosome Assembly Cycles. Cell, 4 May 2017, 169(4):651-663, doi:10.1016/j.cell.2017.04.015

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