Genome Res：昼夜节律钟或会控制巨噬细胞的功能

2021年1月19日 讯 /生物谷BIOON/ --研究人员对哺乳动物免疫系统必要细胞的详尽数据库进行分析表明，人类抵御疾病的能力或许可能要比以前认为的更加依赖于机体每日的昼夜节律钟；如今研究人员越来越多地发现，昼夜节律钟的功能异常或与糖尿病、癌症、阿尔兹海默病等多种疾病发生有关。日前一项刊登在国际杂志Genome Research上的研究报告中，来自伦斯勒理工学院等机构的科学家们通过研究发现，能寻找并破坏诸如细菌等入侵病原体的巨噬细胞的活性，或会通过对机体代谢的昼夜节律控制，从而改变对外来病原体和压力的反应。

这项研究中，研究人员分析了巨噬细胞中RNA和蛋白质水平在两天内是如何发生变化的，如今我们已经证明了巨噬细胞的行为存在一种令人难以置信的昼夜节律表现，但这个时钟正在以一种意想不到的方式为巨噬细胞计时。昼夜节律系统由一组核心的时钟蛋白组成，这些蛋白质能通过引起机体每天酶类和激素水平的波动来预测昼夜周期，并最终影响机体的生理性参数，比如机体体温和免疫反应，这种分子时钟能通过一个自我调节的蛋白质产生和衰变机制来标记时间。时钟中的积极性的元素蛋白能够触发元件蛋白的产生，反过来就会阻断正向元件蛋白的产生，直到负向元件蛋白的衰变；这样就会产生一个每隔24小时发生一次的负向反馈循环回路。

图片来源：Rensselaer Polytechnic Institute

正向元素蛋白能够调节大量基因产物mRNA的波动，基因指令能从DNA转录为mRNA，随后用作组装蛋白质的配方。长期以来科学家们一直假设，每隔后续步骤的水平都能从前面的步骤中预测出来，如果是这样的话，波动的mRNA将会与细胞中蛋白质的波动水平相对应，因此，如果能够追踪mRNA的话，研究人员就会知道细胞中哪些蛋白质能被生物钟所控制。本文研究表明，这种模式或许并不总是正确的，对巨噬细胞数据库的分析结果表明，受昼夜节律钟影响的蛋白质和mRNAs之间或许存在大量的不匹配，这一数据与此前研究结果一致，研究者指出，在真菌和生物钟模型粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）中，大约40%的波动蛋白并没有相对应的波动mRNA。

研究者Hurley说道，巨噬细胞之间差异的规模让我们非常惊讶，发生波动的80%的蛋白质都与巨噬细胞中波动的mRNA相关，这就意味着我们或许真的不知道这种时钟是如何计时的。目前研究人员能够预测并证明生物钟调节的新陈代谢为巨噬细胞的关键免疫功能计时。研究人员追踪了巨噬细胞中产生能量的线粒体，这或许就揭示了在静息状态下细胞器分裂产生能量并重新结合的节律；关键免疫过程的时间或能被能量产生的改变所控制，而所产生的能量来源于线粒体的分裂和融合过程。

最后研究者表示，本文研究数据表明我们需要在一个全新的水平上追踪机体的昼夜节律，这也就意味着我们的机体要比想象中更加依赖于生物钟，而免疫系统的昼夜节律对于机体的健康、疾病疗法和疫苗的效力都有着明显的影响。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Emily J Collins, Mariana P Cervantes-Silva, George A Timmons, et al. Post-transcriptional circadian regulation in macrophages organizes temporally distinct immunometabolic states, Genome Res. 2021 Jan 12. doi: 10.1101/gr.263814.120