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多篇文章解读近期生物钟领域研究新进展!

来源:本站原创 2018-08-26 22:05

2017年关于生物钟的研究获得了诺贝尔生理学或医学奖,自那时开始很多科学家们就将目光锁定到研究机体生物钟的调节机制,那么近期科学家们在“生物钟”相关的研究领域又取得了哪些研究进展呢?本文中,小编对相关研究进行了整理,分享给大家!

【1】JCI:新型血液检测手段或能准确“读取”患者机体的生物钟 时间疗法有望被推广

doi:10.1172/JCI120874

日前,一项刊登在国际杂志Journal of Clinical Investigation上的研究报告中,来自德国Charite医学院的研究人员通过研究开发了一种新型血液检测手段,其或能帮助确定一个人机体的内部生物钟状态,一旦研究人员知道了患者机体内部的昼夜节律钟,或许就能够在一天的特定时候给患者用药,相比标准疗法而言,这种策略或许能够让疗法更加有效地发挥作用,同时还能降低副作用的发生。

昼夜纪律支撑着人类机体的许多功能,而且机体摄入药物所产生的疗效改变依赖于一天中摄入药物的时间,而且不同个体所产生的药物疗效也并不相同,而这基于一个人属于早期还是晚期类型,换句话说,就是一个人到底是早期的鸟儿还是夜猫子了。

研究人员的目标就是在血液中寻找特殊的生物标志物来描述个体机体内部时钟的特性,首先研究人员对一天过程中机体特殊类型血细胞中所有2万个基因的活性进行测定,利用特殊的计算机算法,最后研究人员发现12个基因与机体内部时钟有关,而且单一血液样本中的生物标志物也能够有效区分个体是早期类型还是晚期类型,即使一个人使用了闹钟来叫醒其起床(用来抵御生物钟的效应)。

【2】PNAS:重大发现!科学家发现生物钟的关键开关

doi:10.1073/pnas.1721076115

PERIOD 2 (PER2)蛋白的多点磷酸化是决定哺乳动物生物钟周期的关键步骤。过去的研究认为PER2被酪蛋白激酶1(CK1)磷酸化的过程需要一种未被发现的蛋白激酶来启动,而CK1是一种从藻类到人类都高度保守的生物钟必需蛋白。这些磷酸化过程可以稳定PER2,延缓其降解以延长生物钟周期。

为了找到这个必需的蛋白质,一个由杜克-新加坡国立大学医学院研究人员领导的国际团队对小鼠PER2启动磷酸化的过程进行了综合的生物化学和生物物理学分析,结果惊讶地发现CK1δ/ε就是他们寻找的启动激酶。此外,他们还发现CK1ε和一个最近发现的CK1δ2剪接变体可以比CK1δ1更有效地启动磷酸化。

【3】Cell Metabol:科学家有望通过调节生物钟来治疗动脉粥样硬化疾病

doi:10.1016/j.cmet.2018.05.002

生物钟能够控制机体中所有的重要功能,一天中体温、血压和某些酶类的释放都会出现一些波动,这就是所谓的昼夜节律(circadian rhythm),近日,来自路德维希马克西米利安慕尼黑大学的科学家们就通过研究首次阐明了昼夜节律对机体动脉粥样硬化的影响,动脉粥样硬化是一种血管疾病,最终会导致个体心脏病和中风的发生,相关研究刊登于国际杂志Cell Metabolism上,或有望帮助研究人员开发新型疾病疗法。

在动脉粥样硬化发生过程中,机体大动脉内壁会形成脂肪沉积,而免疫细胞会从血液中进入损伤的位点,并且通过信号物质吸引更多的细胞直到免疫反应最终“脱轨”。 动脉粥样硬化炎症会持续数年,然而研究人员对患动脉粥样硬化的小鼠进行研究却发现,上述细胞的招募受到了昼夜节律的影响,在一天中的某个特定时间,白细胞到达动脉炎症中心的水平是其它时间的三倍,这种有节奏的迁移模式会随着小静脉微循环中观察到的招募模式而改变(12个小时)。

【4】PNAS:生物钟竟影响基因修复!或可用于提高肿瘤化疗疗效,降低副作用

doi:10.1073/pnas.1804493115

顺铂是一种主要的肿瘤化疗药物,它通过形成Pt-d(GpG)二元加成物破坏癌细胞DNA来杀伤癌细胞。但是它仍然有着严重的副作用,包括肾脏毒性和肝脏毒性,这严重限制了顺铂的使用范围和剂量。时间疗法是在治疗过程中考虑生物钟、通过提高治疗效果或者限制毒副作用以提高治疗指数的方法。

为了研究时间疗法对顺铂的影响,来自北卡罗来那大学教堂山分校、辛辛那提儿童医学中心等机构的研究人员在北卡罗来那大学教堂山分校医学院生物化学和生物物理系Aziz Sancar教授的带领下在单核苷酸水平检测了生物钟对小鼠肾脏和肝脏中顺铂诱导的DNA损伤的剪切修复的影响,相关研究成果于近日发表在《PNAS》上,文章题目为“Cisplatin-DNA adduct repair of transcribed genes is controlled by two circadian programs in mouse tissues”。

【5】Development:重磅!乳腺癌的发生或与人体生物钟直接相关

doi:10.1242/dev.157966

多年以来,科学家们一直认为BRCA1和BRCA2基因突变与乳腺癌风险增加有关,如今刊登在国际杂志Development上的一篇研究报告中,来自德州农工大学的科学家们通过研究鉴别出了另外一个基因或许对乳腺癌也有一定的影响,他们发现乳腺癌发病风险或许与人类的昼夜节律钟有关。

研究者表示,作为每个细胞内外周生物钟的调节性机制,Period 2 (Per2)在哺乳动物乳腺的发育上扮演着关键角色,当处于抑制状态时,Per2就会导致小鼠乳腺发育的严重紊乱。亚牛人员发现,机体内部昼夜节律的干扰或与多种疾病高风险直接相关,比如癌症、肥胖、某些神经肌肉疾病和其它损伤等。

昼夜节律受到了大脑前下丘脑视交叉上核(SCN)的控制,除了能够协调睡眠模式外,视交叉上核区域还能够协调机体中的其它外周生物钟;研究者Porter说道,我们机体中不光有一个中央时钟,而且每个细胞也都有一种这样的外周时钟,其能与中央时钟相协调;当我们早晨起来会看到光,当光进入到大脑中,就会触发调节昼夜节律钟的分子机制。

【6】PNAS:调控细胞“生物钟”的关键基因

doi:10.1073/pnas.1719298115

一类基因能够通过调节细胞内在的"生物钟"使得细胞能够适应环境中的时间变化。这项由动东京大学的研究者们做出的研究成果首次证明生物钟调节与细胞压力之间的关系。

生物钟在绝大多数对光线敏感的物种中存在。人类生物钟调节紊乱会导致各类疾病的发生,包括高血压、代谢异常以及失眠症等。值夜班的工作者或者老年人都有可能因为生物钟的紊乱导致上述疾病的发生。

Ask1,Ask2,Ask3(apoptosis signal-regulating kinase 1, 2, 3)的细胞以及小鼠进行了研究。实验结果显示,Ask基因对于环境因时间变化而产生的快速或慢速的改变十分敏感。

【7】Nature:重大发现!大脑的生物钟或能持续监测环境温度的改变

doi:10.1038/nature25740

大脑中的回路能够扮演一种生物钟来告诉我们何时睡觉,同时还会控制我们睡眠的时间;近日一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自美国国立神经病和卒中研究院(NINDS)的科学家们通过研究发现,这种生物钟还能够持续监测机体内部提问的改变,并且将这些信息整合成为控制睡眠的神经网络。

研究者Janet He表示,这项研究中,我们利用了强大的模型系统,即果蝇的生物钟阐明了来自环境的温度线索如何被用来控制睡眠的时间点和持续时间。生物钟是几乎每个有机体都拥有的一种机体生理学过程,其能够帮助协调睡眠行为和环境的改变,如今研究人员已经鉴别除了昼夜循环和睡眠开端之间的关联,然而温度的改变似乎也能够影响人类的睡眠模式。

【8】Science:“生物钟“蛋白是如何发挥功能的?

doi:10.1126/science.aao6891

我们都知道人体能够随着昼夜的变化适应性地发挥功能。而根据最近由来自宾夕法尼亚大学医学院的研究者们发表在《Science》杂志上的一篇文章,一个长期以来被认为调节昼夜节律的关键蛋白"Rev-erb"能够通过对染色体的环状区域松紧度进行调节,起到调控基因表达的效果。

过去十五年来,Mitchell A. Lazar等人一直致力于揭示Rev-erb蛋白在调节机体生物节律、代谢稳态以及大脑健康方面的分子机制。人体的基因表达具有明显的昼夜特征,而这一效应是由机体的分子"钟表"所调控的。关键的生物钟蛋白能够激活或者抑制染色体环状区域蛋白复合体的工鞥呢,从而起到调节基因表达的效果。

此前作者们已经发现Rev-erb能够在小鼠的肝脏中调节基因的昼夜表达,而这一作用是基于其与染色体的相互作用。此前研究发现,在下午5点左右,Rev-erb在小鼠肝脏中的含量达到了最高值,但当再晚点的时候,该蛋白的含量则会逐渐降低,早晨5点左右接近消失。

【9】Gastroenterology:靶向作用特殊生物钟蛋白或有望治疗炎性疾病

doi:10.1053/j.gastro.2017.12.019

如果某些炎性疾病的症状和严重程度与时间有关,那么你该怎么办?近日,来自巴斯德大学等机构的研究人员通过研究发现,急性重型肝炎的严重性和死亡率或许依赖于疾病被诱发的时间。研究人员对人类细胞和小鼠细胞进行研究发现,生物钟蛋白的抗炎性作用或许能够通过减缓患者的症状及增加其生存率,来抑制急性重型肝炎的发病。相关研究刊登于国际杂志Gastroenterology上。

急性重型肝炎是一种严重疾病,其能导致机体肝脏和其它组织的功能快速衰退,常常与血凝障碍和无法修复的脑损伤发生直接相关,含有醋氨酚的药物的过量服用是诱发急性重型肝炎的常见原因;醋氨酚在体内的积累会引发细胞压力,从而产生异常的免疫系统反应,而这常常会由过量的炎症表达,从而破坏肝脏细胞;截至目前为止,研究人员并未开发出有效治疗急性重型肝炎的特殊疗法,而且唯一性的治疗手段就是在疾病症状开始出现的24小时内进行肝脏移植。

【10】Nat Cell Biol:重磅级成果!科学家解读癌细胞如何“重写”自身生物钟得以存活?

doi:10.1038/s41556-017-0006-y

近日,来自南卡罗来纳大学的研究人员通过研究发现,肿瘤细胞能利用未折叠的蛋白反应来改变生物钟(昼夜节律)从而促进更多肿瘤生长,相关研究结果刊登于国际杂志Nature Cell Biology上。

肿瘤为了生长和扩散,癌细胞就必须制造比正常水平更多的核酸和蛋白质,因此其就会不断自我复制,然而在能增加蛋白质合成的正常细胞和癌细胞中,一小部分蛋白质并不会进行合适地折叠,当其发生时,细胞就会激活未折叠蛋白反应(UPR,unfolded protein response),从而就能减缓新生蛋白的产生,同时一些错误折叠的蛋白也会重新进行折叠,最终,错误折叠蛋白的积累就会产生毒性诱发细胞死亡;然而癌细胞必须学会如何利用未折叠蛋白反应来减缓所需的蛋白合成,从而就能有效处理所积压的蛋白质,这或许就能帮助癌细胞在能杀灭正常细胞的环境下存活。(生物谷Bioon.com)

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