研究揭示持续黑暗下生物钟如何维持的分子机制

[生物通讯]北半球高纬度地区的居民在遭受冬季无尽的黑夜时是如何维持正常的日常生理节奏的？虽然许多人的感觉可能象冬眠，但实际上他们体内有一个受到严格调节的系统在抑制这种不切实际的向往。从果蝇到人类，几乎所有的生物都依赖体内的生物钟来调节基本生活周期如睡眠模式、代谢和体温等。而所有生物的生物钟都有着相似的分子机制。

已知大脑中有特定的神经细胞群控制着生物钟。科学家认为大脑中的这些生物钟细胞是作为独立的单元执行功能的。但一项新研究表明，神经元并非独立运作，而是相互协作，形成一个细胞通讯网络来维护重复的生理节奏周期。

大脑内的生物钟细胞负责维护一个生物的生理节奏，即使在缺乏相应环境信号如光等的情况下，也能保证机体有正常的生理结构，科学家将这种状态成为“自由运转”。虽然生物的生理节奏在这种自由运转状态下（例如，持续的黑夜）能够维持，这一点已经很清楚，但科学家认为控制生理节奏的细胞内的基因表达模式不需要任何外部、也就是细胞外的信号来维持。在这篇发表在《科学公共图书馆》（Public Library of Science）的新研究中，Michael Rosbash和他的同事证明，果蝇大脑中的生物钟细胞－－腹侧神经元确实在持续黑夜期间维护果蝇的生物钟，与这些生理节奏相关的分子表达模式在其它生物钟细胞内也存在。但这些表达模式的维持需要大脑不同生物钟细胞群之间的通讯。

换言之，腹侧神经元不是单独行动的。当分子钟的运作只令腹侧神经元激活时，果蝇的生理节奏出现混乱，这说明生理节奏还需要其它类型神经元的协作。研究人员还证明，持续黑夜期间正常生理节奏的维持依赖于腹侧细胞分泌的一种叫做PDF的蛋白。PDF神经肽被认为是将腹侧神经元的分子表达模式与生理节奏表现联系起来的枢纽，但在这篇研究中，研究人员妨碍安PDF的影响力比预想的还要大。当缺失功能PDF基因的突变果蝇包楼宇持续黑暗时，它们的分子表达模式逐渐停止。科学家称这说明腹侧神经元和PDF蛋白帮助协调控制生物中的整个神经网络。（生物通编译）