昼夜时钟神经元电生理特性的跨物种保守性与进化灵活性

《Communications Biology》：Conserved circadian membrane rhythms arise from divergent cellular mechanisms in pacemaker neurons of mice and Drosophila

　　

摘要

昼夜时钟将生理和行为与每日环境周期同步，这需要能够编码和传递时间信息的神经元网络。在进化过程中，昼夜时钟输出是否存在保守的电生理原则尚不清楚。我们使用统一的电生理记录方法和匹配的统计分析方法，比较了昼行性哺乳动物（小鼠视交叉上核VIP神经元）和夜行性昆虫（Drosophila l-LNv PDF神经元）中的已鉴定昼夜时钟神经元在24小时光暗周期中的固有电生理特性。尽管经过约7亿年的进化分化且时间生态位相反，两种神经元类型在静息膜电位、自发放电频率和细胞电容等参数上均表现出相似的节律性变化模式，表明尽管网络规模不同，每日兴奋性模式具有保守性。这些共享的膜特性通过不同机制实现：果蝇表现出更高的输入电阻、更强的兴奋性和A型钾电流的相对贡献更大，而小鼠则表现出更大的持续性外向电流和突触抑制后的反弹性兴奋，后者在果蝇中不存在。两种物种的阈电流谷底均出现在不活跃期，而其他参数保持稳定。这些差异可能塑造了每种神经元类型在其昼夜时钟回路中整合输入的方式。我们的发现揭示了由不同电生理机制产生的保守功能输出，突显了昼夜计时膜机制在进化中的灵活性。