PLOS Biol：科学家识别出稳定机体昼夜节律钟的特殊视觉系统蛋白

视觉系统的功能依赖于视网膜神经节细胞（RGC，retinal ganglion cell）轴突和大脑中心靶点之间的精确连接。近日，一篇发表在国际杂志PLOS Biology上题为“Teneurin-3 regulates the generation of non-image-forming visual circuitry and responsiveness to light in the suprachiasmatic nucleus”的研究报告中，来自约翰霍普金斯大学医学院等机构的科学家们通过研究在小鼠机体的视觉系统中识别出了一种特殊蛋白，其似乎能通过缓冲大脑对光的反应在稳定机体昼夜节律钟上发挥着关键作用，相关研究结果有望帮助更好地治疗人类的睡眠障碍和时差反应。

研究者Alex Kolodkin说道，如果昼夜节律钟能根据光照的每一次快速变化而进行调整，比如日食或非常黑暗的雨天，那么其或许在调节诸如睡眠和饥饿等周期性行为上就不会非常有效，如今我们识别出的这种蛋白有助于在神经发育期间重新连接大脑以便每天对昼夜节律挑战做出稳定的反应。

科学家们早就知道，大多数生物都有自身的昼夜节律时钟，这是一组以24小时为周期晕熊的生物节律，其影响着机体的警觉性、嗜睡、食欲、体温等其它周期性行为。扰乱了这一系统（比如通过轮班工作或跨多个时间和光线区域的长途旅行等）或许就会产生严重的后果，此前有研究将昼夜节律的持续紊乱与机体患多种疾病风险增加关联了起来，比如癌症、抑郁症及一系列其它人类疾病等。

昼夜节律系统基本上是通过暴露在光线下来进行训练的，尽管研究人员过去几十年里在昼夜节律的发生机制上进行研究并取得了重大进展，但关于大脑是如何与昼夜节律连接在一起的，他们并不清楚。为了了解地更多，研究人员在一个数据库中搜索了对小鼠大脑昼夜节律控制中心（上丘脑视交叉上核（SCN，suprachiasmatic nucleus））发育过程非常重要的生物性分子；SCN位于小鼠和人类大脑的下丘脑深处，位于控制视觉的区域附近，并能与通往视网膜的脑细胞连接，视网膜是眼睛中的感光部分。

科学家识别出稳定机体昼夜节律钟的特殊视觉系统蛋白。

图片来源：PLOS Biology (2023). DOI:10.1371/journal.pbio.3002412

随后，研究人员将注意力很快锁定在了一种名为Tenm3（teneurin-3）的细胞表面蛋白上，其是更大的蛋白家族的一部分，该蛋白家族在机体视觉回路组装中发挥着关键角色，更广泛地讲，其在其它中枢神经系统回路中也发挥着重要作用。当研究人员对小鼠进行遗传修饰阻断Tenm3的产生时，他们发现，相比携带完整Tenm3的小鼠而言，这些小鼠机体中的视网膜和SCN连接会变得更少，然而，缺乏Tenm3的小鼠会在SCN的核心和外壳的细胞之间发展出更多的连接性，其中Tenm3更倾向于定位的角色。

为了观察Tenm3如何稳定昼夜节律或使其受到哪怕一点点光线的干扰，研究人员设计了一组实验，首先，他们训练缺乏Tenm3的小鼠适应12小时的明暗周期，随后讲黑暗周期提前6个小时，根据正常睡眠周期的活动模式进行测定，携带完整Tenm3的小鼠会花费大约4天时间来重新适应这种变化，然而，不携带Tenm3的小鼠则会仅用一半时间（2天）快速适应变化。当研究人员利用两倍于早先实验中的光线来进行类似实验时，结果发现，Tenm3完好无损的小鼠需要花费8天时间来适应其昼夜节律周期，而不携带Tenm3的小鼠则仅需要4天时间。

即使只有15分钟的微弱光线脉冲也会诱发缺失Tenm3的小鼠（不携带正常Tenm3蛋白的小鼠）产生一种大脑化学物质，其能代替光照，这就表明，光线信号的高度敏感性或许对于设置或重置机体的昼夜节律钟至关重要。研究者认为，即使光照发生变化，Tenm3也能帮助重新连接大脑从而维持机体稳定的昼夜节律，通过更深入地学习这一系统和Tenm3的角色，研究人员最终或有望帮助诊断并治疗导致人们失眠和其它睡眠障碍的问题，或者开发出改善机体时差反应的新型疗法；这对于改善人类健康或许意义重大。

综上，本文研究结果表明，Tenm3在阐明非图像形成视觉系统回路中发挥着关键角色，其或会影响小鼠对相位推进光线刺激的反应。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

John L. Hunyara,K. M. Daly,Katherine Torres, et al. Teneurin-3 regulates the generation of non-image-forming visual circuitry and responsiveness to light in the suprachiasmatic nucleus, PLOS Biology (2023). DOI:10.1371/journal.pbio.3002412