2025-02-20 18:40:38

研究人员绘制了苍蝇大脑中的生物钟

包括人类在内的所有动物在活动、睡眠、饥饿、新陈代谢和繁殖方面都受到日常节奏的制约。调节这些生物节律的系统被称为生物钟。它在24小时内控制着身体的所有过程。

在脊椎动物中,“主”时钟位于大脑中称为视交叉上核(SCN)的区域。这个大脑区域不仅负责调节和同步大脑的节奏,而且还控制着全身组织中的其他时钟。重要的是我们的身体节律以协调的方式运作,否则这个系统的破坏会导致睡眠和代谢紊乱。

《自然通讯》上的新论文

在《自然通讯》杂志上发表的一项研究中,来自德国维尔茨堡大学、美国内华达大学里诺分校和日本冈山大学的一组研究人员绘制了果蝇大脑中第一张完整的生物钟图谱。小组组长Meet Zandawala博士和w 茨堡大学神经生物学和遗传学系博士生Nils Reinhard (Charlotte Förster和Dirk Rieger的实验室)领导了这项工作。“在脊椎动物中,大约有2万个神经元组成了主时钟。考虑到这么多的细胞,以及它们在大脑中形成的多少连接,理解生物钟网络的相互作用和功能是很复杂的,”Meet Zandawala解释说,这是他在苍蝇身上进行这项研究项目的基本原理。为了在更小的范围内解决这种复杂性,科学家们使用了大脑已经被绘制出来的模式生物,比如苍蝇,它有大约14万个神经元。

所有国家的地图苍蝇大脑中的连接

对于果蝇,一个国际研究联盟最近发表了一张果蝇大脑中所有神经元之间所有连接的地图——所谓的连接组。

现在,研究小组利用这个大脑连接组找到了构成苍蝇生物钟的所有神经元。结果是:“果蝇大脑中的生物钟由至少240个神经元组成,比最初估计的150个要多得多。”一些新发现的时钟神经元也显示出最初只在脊椎动物的时钟神经元中才知道的特征。这意味着脊椎动物和昆虫之间的生物钟机制比以前认为的要相似得多。”这个综合数据集的可用性使研究人员能够进一步确定特定类型的时钟神经元,这些时钟神经元共同起作用,并在时钟网络中协调通信。

未来治疗方法的基础

时钟网络中的神经元将时间信息传递给大脑中支持学习和记忆、导航、运动控制以及激素产生和释放的其他区域。建立了生物钟网络后,研究人员现在可以追踪这些途径,以确定进食、睡眠、繁殖等有节奏的行为以及激素释放是如何协调的。果蝇生物钟网络的详细图谱不仅扩展了我们对日常节律如何产生的理解,而且为探索与睡眠障碍和代谢疾病等健康状况相关的昼夜节律失调提供了基础。“这些结果为我们了解大脑如何控制日常周期提供了一个详细的框架。它们为未来治疗昼夜健康问题的治疗方法提供了基础,”Zandawala说。