新的基因研究促进了对生物钟内部机制的理解

马萨诸塞大学阿默斯特分校对影响昼夜节律的基因突变的研究提供了对休息-觉醒周期的新见解，并为研究人类疾病和最终开发医学治疗提供了新模型。

身体内部时钟(协调生化、生理和行为过程的时间)的中断与一系列疾病有关，包括癌症、心血管疾病和感染易感性，以及更高的事故风险。昼夜节律的常见中断是时差和轮班工作，美国约有3000万人从事这种工作

“我们正在研究两种突变，这两种突变都会影响我们对光周期变化的反应能力，”生物学名誉教授、神经生物学家EricBittman说。“他们都加快了时间。他们揭示了我们在光明：黑暗的时间表中是多么容易受到干扰。”

在哺乳动物中，昼夜节律是由大脑下丘脑视交叉上核中的主起搏器在内部产生的。此外，身体中的每个细胞都有自己的生物钟，由主起搏器协调。在正常、明暗和波动的环境中，生物钟创建24小时循环。然而，在恒定条件下，例如在黑暗中研究仓鼠时，节律会产生周期长于或短于24小时的周期。

“这向我们揭示的是，有一些内部机制正在产生节律性，并且动物正在使用来自环境的线索，其中最强大的是光：暗循环，将其同步到恰好24小时，”比特曼说。

在之前的研究中，Bittman和团队发现了一种隐性突变，他们称之为duper，这是叙利亚仓鼠昼夜节律调节基因Cryptochrome1(CRY1)的缺陷。通过使用快速纯合子作图改进仓鼠基因组草图，他们创建了用于研究人类疾病的现代基因研究模型。

在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇后续论文中，研究小组重点研究了杜普对转基因仓鼠的影响。科学家们确定了CRY1在昼夜节律中的先前未预料到的功能，即生物钟与外部信号和心脏病的同步。

“Duper在恒定条件下加快了时钟速度，即使是短暂的光脉冲，它也能够移动多达180度，”Bittman解释说。“我们怀疑这可能与了解时差和轮班工作的影响有关。”

在昼夜节律中断后，身体的器官会以不同的速度重置它们的时钟。这种时间错位被认为会导致与轮班工作相关的不利健康影响。“几乎我们所有的生理过程都是有节奏的，”比特曼说。

研究人员发现，在重复突变仓鼠中，昼夜节律的重新夹带会加速，而与时钟的加速无关。为了更多地了解昼夜节律失调对健康的影响，研究人员检查了duper和相移对仓鼠心脏病模型的影响，该模型已知会因相移而加重。

模拟时差，以每两周8小时相移的形式，缩短了心肌病仓鼠的寿命。然而，由于突变加速了它们对明暗循环转变的调整，假仓鼠缩短了寿命。Bittman说，这些发现对于查明人类生物钟所涉及的途径具有重要意义。

“对于有时差的人或数以百万计的轮班工人来说，身体——不同的器官——可能需要几天甚至几周的时间才能恢复到正常的时间关系，”他说。当我们在深夜暴露在光线下时，我们中的许多人都会扰乱我们的昼夜节律系统，例如看手机和电脑屏幕。“可能需要几周时间，你的大脑才能与肝脏和肾脏建立正确的关系，”Bittman补充道。

研究表明，我们都需要注意环境如何影响我们的生物钟。具体来说，医院需要对病房的明暗时间保持敏感。“我们需要注意器官之间以及主时钟与大脑之间的时间关系，以及它如何调节大脑以及周围器官中的时钟，并对光：暗环境敏感，”比特曼说。

此外，了解器官的节律是医疗时机的一个关键方面。“大量的药物在一天中的某个时间比另一个更有效，因为生物钟正在调节所有这些实际上被这些药物靶向的代谢途径，”Bittman说。

正在进行的研究将集中于确定生物钟的潜在机制及其在疾病中的作用。