动物如何知道自己的午餐时间到了?

动物如何知道自己的午餐时间到了?这项研究得到了多个研究机构和基金的支持,加深了我们对进食行为昼夜节律的了解,并可为进食障碍的治疗提供参考。研究人员发现了安排进餐时间及其与日周期同步的分子机制。东京都立大学的研究人员利用果蝇进行了一项研究,探索日常进食模式的调节。他们发现,quasimodo(qsm)基因有助于使进食与光/暗周期同步,但在持续黑暗的环境中却不起作用。在这些条件下,基因时钟(clk)和周期(cyc)维持着进食和禁食周期。此外,神经细胞内的其他"时钟"也使这些周期与昼夜变化同步。了解控制进食周期的分子机制,可以加深我们对动物行为(包括人类行为)的理解。动物王国的许多成员每天都在大致相同的时间进食。这是因为需要适应环境的各个方面,包括光照的强弱、温度的高低、食物的可获得性、天敌出现的几率等,所有这些对生存都至关重要。此外,它对有效的消化和新陈代谢也很重要,因此对整体健康也很重要。研究小组发现,qsm调节着光/暗周期的同步,而神经元中的分子钟则在持续黑暗的环境中接管了这一角色。另一方面,clk/cyc基因有助于维持进食/空腹周期。资料来源:东京都立大学但是,如此广泛的生物是如何知道何时进食的呢?一个重要的因素就是昼夜节律,这是动物、植物、细菌和藻类等多种生物共享的一个大约每天一次的生理周期。昼夜节律是调节生物节律行为的"主时钟"。但是,动物体内还有其他计时机制,即所谓的"外围时钟",每种机制都有自己不同的生化途径。外部因素(如进食)可以重置这些时钟。但这些时钟支配动物进食行为的具体方式尚不清楚。果蝇研究的启示现在,东京都立大学的安藤加奈惠副教授领导的研究小组利用果蝇解决了这一问题,果蝇是一种模式生物,它反映了包括人类在内的更复杂动物的许多特征。他们使用了一种称为CAFE试验的方法,即通过微毛细管给果蝇喂食,以精确测量每只果蝇在不同时间的进食量。首先,他们研究了苍蝇的进食习惯如何与光同步。在研究苍蝇在光/暗循环中进食时,先前的工作已经表明,即使对核心昼夜节律时钟基因--周期(per)和时间(tim)--进行突变,苍蝇也会在白天进食更多。研究小组转而研究了quasimodo(qsm)基因,该基因编码一种控制时钟神经元发射的光反应蛋白。通过敲除qsm,他们发现苍蝇的白天进食模式受到了显著影响。我们第一次知道,进食与光介导的节律同步会受到qsm的影响。在持续黑暗条件下摄食的蝇类则并非如此。核心昼夜节律时钟基因发生突变的苍蝇,其日常进食模式受到严重破坏。在涉及的四个基因[周期(per)、时间(tim)、周期(cyc)和时钟(clk)]中,cyc和clk基因的缺失要严重得多。事实上,研究发现,clk/cyc是形成双峰进食模式(即进食期和禁食期)的必要条件,尤其是在新陈代谢组织中。但这些周期是如何与天同步的呢?神经细胞中的分子钟基因而不是代谢组织发挥了主导作用。研究小组的发现让我们首次了解到生物体不同部位的不同时钟是如何调节进食/空腹周期的,以及它们是如何与昼夜节律相匹配的。对进食习惯背后机制的了解有望为动物行为提供新的见解,并为饮食失调提供新的治疗方法。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393527.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1393527.htm

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研究显示昼夜节律影响细胞生长、新陈代谢和癌症进展

研究显示昼夜节律影响细胞生长、新陈代谢和癌症进展在一项新的研究中,科学家们定义了昼夜节律时钟如何影响细胞生长、新陈代谢和肿瘤进展。他们的研究还揭示了昼夜节律时钟的破坏如何影响基因组的稳定性和突变,从而进一步推动肠道中关键的肿瘤促进途径。该研究由加利福尼亚大学尔湾分校的科学家们领导。它的标题是:“昼夜节律时钟的破坏驱动Apc异质性丧失加速结肠直肠癌”,于2022年8月10日发表在《科学进展》上。在这项研究中,研究人员发现,昼夜节律时钟的遗传破坏和环境破坏都有助于腺瘤性结肠息肉病(APC)肿瘤抑制因子的突变,这种肿瘤抑制因子在绝大多数人类结肠直肠癌中发现。据报道,在大约80%的人类结肠直肠癌病例中存在APC点突变、缺失和异质性缺失(LOH)事件,正是这些突变推动了肠道腺瘤发展的启动。研究作者SelmaMasri博士说:“作为一个社会,我们暴露在几个影响我们生物钟的环境因素中,包括夜班工作、长时间的光照、睡眠/觉醒周期的变化和进食行为的改变。”Masri是UCI医学院的生物化学助理教授。“令人震惊的是,我们已经看到包括结肠直肠癌在内的几种年轻发病的癌症出现了惊人的增长。这种20多岁和30多岁的成年人癌症发病率增加的根本原因仍未确定。然而,根据我们的发现,我们现在认为,昼夜节律时钟的紊乱起到了重要作用。”根据美国国立卫生研究院(NIH)的数据,年轻人中早发性结肠直肠癌的发病率已经出现了惊人的增长。今天,近10%的结肠直肠癌病例现在被诊断为50岁以下的人,而且这一趋势在稳步上升。怀疑的风险因素包括环境方面,如生活方式和饮食因素,这些因素已知会影响昼夜节律时钟。APC突变也与关键致癌途径的第二次点击有关,包括Kras、Braf、p53和Smad4。这些突变推动了向腺癌的发展,共同促成了疾病的进展。研究结果现在牵涉到昼夜节律时钟的中断驱动了更多的基因组突变,这些突变对加速结直肠癌的发生至关重要。昼夜节律时钟是一个内部生物节律器,支配着许多生理过程。Masri实验室的研究主要集中在昼夜节律时钟的破坏如何参与某些癌症类型的发展和进展。Masri实验室的研究人员正在积极开展进一步研究,旨在确定昼夜节律时钟如何影响其他癌症类型。PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308455.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1308455.htm

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重新连接时间:同步生物钟如何缓解时差和衰老问题

重新连接时间:同步生物钟如何缓解时差和衰老问题时差是由昼夜节律系统(人体内部时钟)和周围环境之间的差异造成的。大约在本世纪初,科学家们开始认识到,人体有多个以不同方式校准的内部时钟,当这些时钟彼此不同步时,就会产生类似时差的症状。这种情况可能以多种方式发生,而且随着年龄的增长越来越普遍。在AIP出版社出版的《混沌》(Chaos)一书中,来自美国西北大学和圣达菲研究所(SantaFeInstitute)的科学家团队建立了一个理论模型,以研究在衰老和时差等干扰的影响下,多个内部时钟之间的相互作用。现代研究表明,昼夜节律钟存在于人体几乎每一个细胞和组织中。每个时钟都依赖于自己的一套提示来校准;例如,大脑的时钟依赖于阳光,而外周器官则在进餐时间进行校准。作者黄依彤说:"相互冲突的信号,如短光照时间内的温暖天气或夜间进食--在大脑即将休息时进食--会混淆内部时钟,导致不同步。目前,人们对人体的各种内部时钟如何相互影响知之甚少。考虑多个时钟的复杂性意味着研究人员倾向于使用简化模型。数学模型示意图。该模型由两组耦合振荡器组成,其中一组代表大脑中的中央时钟,受光线影响;另一组代表外围时钟,受食物影响。图片来源:Huang等人"大多数研究主要集中在一个特定的时间线索或单一时钟上,"Huang说。"我们对多个时钟在相互冲突的时间线索下同步的理解仍存在重要差距。"黄和她的同事们采取了一种不同的方法,建立了一个数学框架来解释系统间这种复杂的相互作用。他们的模型有两个耦合振荡器群,模仿昼夜节律周期的自然节律。每个振荡器都会影响其他振荡器,同时根据独特的外部线索进行调整。利用这个模型,研究小组能够探索这种耦合系统是如何被破坏的,以及是什么导致了影响的恶化。他们发现,衰老的常见症状,如昼夜节律钟之间的信号减弱和对光的敏感度降低,会导致系统更容易受到干扰,恢复起来也更慢。他们还找到了一种新方法,可以加快从时差和类似干扰中恢复过来。根据他们的研究结果,改善睡眠的方法是通过胃部。黄说:"在新时区的清晨多吃一顿饭有助于克服时差问题。不鼓励不断变换进餐时间或在晚上进餐,因为这会导致体内时钟不一致。"作者计划对等式的另一面进行研究,找出导致内部时钟更有弹性的因素。这些发现可能会产生一些建议,从一开始就防止时差,或者让昼夜节律系统健康地进入老年。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384983.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1384983.htm

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科学家发现细菌昼夜节律钟的复杂性

科学家发现细菌昼夜节律钟的复杂性枯草芽孢杆菌生物发光的图像资料来源:EllaBaker-JackDorling约翰-英纳斯中心慕尼黑路德维希-马克西米利安大学(LudwigMaximillianUniversityMunich,LMUMunich)、约翰-英纳斯中心(TheJohnInnesCentre)、丹麦科技大学(TheTechnicalUniversityofDenmark)和莱顿大学(LeidenUniversity)的国际合作团队通过探测广泛存在于土壤中的枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)的基因表达作为时钟活动的证据,取得了这一发现。主要作者FrancescaSartor博士(慕尼黑大学)报告说:"这种微生物的昼夜节律钟无处不在:我们看到它调控着多个基因和一系列不同的行为"。约翰-英纳斯中心的安东尼-多德(AntonyDodd)教授补充说:"令人吃惊的是,一个基因组如此小的单细胞生物,其昼夜节律钟的某些特性却能唤起更复杂生物的时钟。"该合作团队之前的工作已经证明,在这种细菌的实验室衍生菌株中存在昼夜节律钟。这是首次在枯草杆菌中观察到昼夜节律钟。研究人员利用一种技术,插入一种叫做荧光素酶的酶,当基因表达时,这种酶就会发光。这种生物发光引导研究小组监测细菌时钟的变化情况。这篇论文的资深作者、慕尼黑大学的玛莎-梅罗(MarthaMerrow)教授说:"这项研究表明,昼夜节律钟广泛存在于枯草芽孢杆菌中。我们或许可以利用时钟知识来改善健康状况,提高食品生产或生物技术的可持续性。"这项新研究是向前迈出的重要一步,原因是多方面的。它揭示了这些时钟存在于从自然环境中收集的菌株中,因此可能在这种细菌中广泛存在。此外,枯草杆菌在恒定黑暗和恒定光照条件下都能持续显示昼夜节律,研究人员揭示了许多其他生物的昼夜节律钟中存在的细微反应。在昼夜节律生物学领域,这些反应被称为"后效"和"阿肖夫法则"。综合来看,这表明细菌能像更复杂的生物一样,随着光照和温度条件的变化,使其生理和新陈代谢与一天中的不同时间同步。这一发现为生物技术、人类健康和植物科学提供了机遇。了解细菌昼夜节律钟的特性可能有助于我们对微生物学的工业应用;它可能使我们对微生物组是如何形成的有一个新的认识,并可能表明抗生素在一天中的某些时间对病原菌的破坏作用有多大。这些知识还可以帮助我们保护农作物。枯草芽孢杆菌是一种有益的土壤细菌,农民用它来帮助养分交换、植物生长和抵御病原微生物。研究小组正在开发枯草芽孢杆菌,作为研究细菌昼夜节律钟的模式生物。下一步的工作之一是找出构成时钟机制的基因。研究小组还对枯草芽孢杆菌昼夜节律钟如何依赖多细胞组织实现其全部功能感到好奇。昼夜节律钟是一种内部振荡器,能使生物的生理和新陈代谢适应24小时的环境变化,如光照、温度或捕食者行为的变化,从而为生物提供选择性优势。当我们进入不同的时区时,它们就会产生令人不安的时差效应。莱顿大学和丹麦技术大学的ÁkosT.Kovács教授说:"法国生物学家雅克-莫诺曾说过一句名言:'大肠杆菌的真实情况就是大象的真实情况'。'当时,他指的是分子生物学的普遍规则--DNA和蛋白质。同样,枯草杆菌--一种只有四千个基因的细菌--体内的昼夜节律钟竟然有一个复杂的昼夜节律系统,让人联想到苍蝇、哺乳动物和植物等复杂生物体的昼夜节律钟。'...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375709.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1375709.htm

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研究熊的昼夜节律超能力可能有助于帮助人类应对日夜颠倒的工作

研究熊的昼夜节律超能力可能有助于帮助人类应对日夜颠倒的工作华盛顿州立大学(WSU)的科学家认为,这些"极端轮班工人"令人印象深刻的生理机能可能为人类如何更好地应对昼夜节律紊乱提供了线索。昼夜节律失调与心脏病、免疫功能低下、糖尿病和肥胖等代谢性疾病、中风、癌症和早逝有关,在轮班工人中更为普遍。研究人员发现,冬眠的黑熊即使几个月没有进食,其能量产生也每天都在波动。在冬眠期间,它们的能量峰值被抑制了,高点出现在一天中比动物活动时更晚的时间,但它们仍然清楚地表明昼夜节律得到了维持,而不是暂停。"这强调了昼夜节律本身的重要性--昼夜节律使生物体在像冬眠的熊这样极端的状态下仍能灵活地运作,"资深作者、西悉尼大学综合生理学和神经科学系教授海科-扬森(HeikoJansen)说。该研究小组认为,了解黑熊如何在数月不进食、几乎不活动的情况下大量增重,而不会对健康造成不良影响,可以为人类疗法打开一扇大门。黑熊的体重可能会减少多达100磅(45千克),但它们的肌肉几乎没有流失,骨骼没有退化,也没有引发新陈代谢疾病。在这项研究中,研究人员从细胞层面研究了动物体内时钟的表达。研究人员采集了六头黑熊在活动期和冬眠期的细胞样本进行培养。冬眠期动物的体温通常较低,约为34°C(93.2°F),研究人员将从冬眠期动物身上提取的细胞与活动期提取的细胞进行了比较,活动期动物的体温约为37°C(98.6°F)。他们的发现证实了昼夜节律活动,冬眠动物细胞中有数千个基因有节律地表达。这表明,三磷酸腺苷(ATP),即人体细胞的能量,是以24小时为周期产生的,尽管峰值和谷值都较低。如前所述,能量输出峰值出现的时间也比动物活动时晚,这表明熊在冬眠期间改变了昼夜节律,以降低维持"电池"运转的成本。正因为如此,它们可以在数月不进食的情况下继续燃烧足够的燃料为身体提供能量,而且不会出现有害健康的问题。"这就像设置恒温器一样,"扬森说。"如果你想节省一些能量,你就把恒温器调低,这基本上就是熊正在做的事情。"在西悉尼大学黑熊中心观察冬眠动物时,研究人员还注意到,即使光照条件保持不变,动物在一天中的某些时段也会更加活跃。这些活动的增加与冬眠动物的细胞产生ATP的高峰期相对应。他补充说:"它们利用了抑制昼夜节律的能力,但并没有阻止时钟运行。这是一种非常新颖的微调动物新陈代谢过程和能量消耗的方法。"研究人员认为,利用这种能力可能有助于人类应对需要在"生物"夜间工作、白天睡觉的时间表。据估计,14%的劳动力都要在夜间工作,人们越来越关注保持这样的工作时间对人类健康的危害,尤其是慢性疾病、意外事故、生活质量低下和医疗成本等方面。如果科学家们能够研究出如何让我们自己的内部时钟比普通熊更聪明,那么消除有害健康影响的潜力将是巨大的。在最近长达十年的另一项研究中,科学家们发现熊在冬眠期间也会产生一种独特的抗凝血蛋白,以保护它们免受长期不动带来的风险。这项研究发表在《比较生理学杂志B》(JournalofComparativePhysiologyB)上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398343.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1398343.htm

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生物的昼夜节律是如何工作的?新的研究揭示了这一点

生物的昼夜节律是如何工作的?新的研究揭示了这一点研究的重点是果蝇的隐色体,这是包括人类在内的植物和动物昼夜节律钟的关键组成部分。在苍蝇和其他昆虫中,被蓝光激活的隐色体是设定昼夜节律的主要光传感器。隐色体光传感器的目标,被称为"Timeless"(TIM),是一种大型、复杂的蛋白质,以前无法对其进行成像,因此对其与隐色体的相互作用并不十分了解。昼夜节律是通过基本上是遗传反馈循环来工作的。研究人员发现,TIM蛋白与它的伙伴Period(PER)蛋白一起作用,抑制负责其自身生产的基因。随着基因表达和抑制事件之间的适当延迟,蛋白质水平的振荡被确立。高级作者、乔治-W-和格雷斯-L-托德教授以及文理学院化学和化学生物学系主任布莱恩-克雷恩说,这种振荡代表了"时钟的滴答声,似乎对昼夜节律相当独特"。克莱恩说,蓝光改变了隐色体黄素辅助因子的化学和结构,这使得该蛋白能够与TIM蛋白结合,抑制TIM抑制基因表达的能力,从而重置振荡。这项研究的大部分艰苦工作是为了弄清楚如何产生隐色体-TIM的复合物,以便对其进行研究,因为TIM是一个如此大的、不方便的蛋白质。为了实现他们的成果,第一作者ChangfanLin,M.S.'17,Ph.D.'21,修改了隐色体蛋白以提高隐色体-TIM复合物的稳定性,并使用创新技术来纯化样品,使其适合高分辨率成像。加州理工学院弗里德里希共济失调研究联盟博士后Lin说:"这些新方法使我们能够获得蛋白质结构的详细图像并获得对其功能的宝贵见解。这项研究不仅加深了我们对昼夜节律调节的理解,还为开发针对相关过程的疗法提供了新的可能性。"合著者石峰是生物物理学领域的博士生,他做了很多低温电子显微镜的工作。CristinaC.DeOliveira是生物化学和分子及细胞生物学领域的博士生,也是共同作者之一。该研究的一个意外结果揭示了细胞中DNA损伤是如何修复的。隐色体与参与修复DNA损伤的一个酶家族密切相关,称为光解酶。这项研究"解释了为什么这些蛋白质家族彼此密切相关,尽管它们正在做相当不同的事情--它们在不同的背景下利用相同的分子识别"。这项研究还为苍蝇的遗传变异提供了解释,这种变异使它们能够适应更高的纬度,那里冬天的白天更短,而且更凉爽。这些苍蝇有更多的某种涉及TIM蛋白变化的遗传变异,而且不清楚为什么这种变异可以帮助它们。研究人员发现,由于隐色体与TIM的结合方式,该变体降低了TIM与隐色体的亲和力。然后,蛋白质之间的相互作用被调控,光重置振荡的能力被改变,从而改变了昼夜节律钟,延长了苍蝇的休眠期,这有助于它在冬季生存。克莱恩说:"我们在这里看到的果蝇中的一些相互作用可以映射到人类蛋白质上。这项研究可能有助于我们理解调节人类睡眠行为的组件之间的关键互动,例如基本计时机制中的关键延迟是如何建立在系统中的。"Lin说,另一个令人兴奋的发现是在TIM中发现了一个重要的结构区域,称为"槽",这有助于解释TIM如何进入细胞核。以前的研究已经确定了参与这一过程的一些因素,但确切的机制仍然不清楚。研究提供了对这一现象的更清晰的理解。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358533.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1358533.htm

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诺奖得主称白天缺少太阳光比晚上的电灯问题更严重

诺奖得主称白天缺少太阳光比晚上的电灯问题更严重79岁的MichaelRosbash教授与JeffreyC.Hall和MichaelW.Young因在破译控制昼夜节律的生物钟基因上的贡献而在2017年获得诺贝尔生理学或医学奖。他最近接受了采访,谈论昼夜节律相关的问题。果蝇的神经元有10万个,人类的神经元860亿个,两者控制昼夜节律的计时基本过程是相同的。果蝇和人类一样有小睡,也在晚上睡觉。现代人类普遍使用电灯,人造灯光是否会导致生物钟紊乱?Rosbash教授表示这个问题难以估计其严重性。人类在晚上照射到的灯光太多,但白天照射到的太阳光过少。根据最近的研究,人造灯光不如自然的太阳光,白天缺乏阳光的问题相比晚上人造光过多的问题要更严重。很多睡眠问题可通过改变环境因素去解决。对美国科罗拉多州露营数周的人的研究发现,他们的睡眠质量更好,睡得早起的也早。巴西有研究对比了留在雨林和搬到城市的人的睡眠,发现生活在城市的人的睡眠质量差,睡得也晚,和我们很多人一样都有睡眠不足的问题。()()投稿:@ZaiHuaBot群组:@ZaiHuaChat频道:@TestFlightCN

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