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黄志力课题组揭示下丘脑次昼夜节律的产生位点和网络机制

       医学神经生物学国家重点实验室、复旦大学脑科学研究院黄志力课题组与日本北海道大学本間Sato团队合作,在次昼夜节律发生机制上取得重要进展。9月18日,相关研究成果以“Ultradian Calcium Rhythms in the Paraventricular Nucleus and Subparaventricular Zone in the Hypothalamus”为题,在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)。
       生物节律在动植物中广泛存在,最常见的是周期为24小时的昼夜节律。然而,哺乳动物的某些行为或功能还表现出周期短于24小时的次昼夜节律,如人类夜间的快动眼-非快动眼睡眠循环、下丘脑内激素分泌和体温调节等。但次昼夜节律的产生位点及机制不明,是生物节律研究领域重要的科学问题。
       为探索次昼夜节律的发生机制,研究人员在新生4-6天小鼠的脑切片上表达钙离子指示剂GCaMP6s蛋白,该蛋白可以被激发,产生荧光并随细胞内钙离子的动态变化而发生强度变化,钙信号的强弱反映神经元的活动度。利用实时荧光成像技术(Time-lapse imaging)连续一周以上监测离体脑片中神经元钙离子浓度的变化,发现在下丘脑室旁核(PVN)、室旁下核(SPZ)区域和一部分视交叉上核(SCN)区域,存在周期为0.5~4小时的次昼夜节律。这种次昼夜节律从SPZ-PVN区域产生,次昼夜节律信号可以反馈到昼夜节律中枢SCN(图一)。通过药理学手段,进一步发现谷氨酸能系统参与了次昼夜节律的形成,钠离子通道阻断剂TTX敏感的神经网络参与次昼夜钙节律的同步化。
       本研究首次发现了下丘脑室旁核和室旁下核存在次昼夜节律,揭示了次昼夜节律的产生位点和神经网络机制。研究结果对理解动物睡眠周期、体温调节和激素分泌等行为或功能的次昼夜节律具有重要启示,可能为开发生物节律异常和睡眠障碍的新疗法提供新思路。
       复旦大学博士生吴瑜珥和北海道大学榎木亮介副教授为本文的共同第一作者,复旦大学黄志力教授和北海道大学榎木亮介副教授为本文的共同通讯作者,复旦大学为第一作者单位。该研究得到了国家自然科学基金重点项目,重点国合、国家基础研究973和上海市科委等基金的资助。
       原文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.1804300115

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