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改变时钟和季节:科学家发现神经元可塑性的作用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-09  浏览次数:7
核心提示:一组科学家将少数中枢神经元结构的变化与动物如何适应季节变化联系起来。它的发现加深了我们对调节昼夜节律系统(或内部时钟)的重

一组科学家将少数中枢神经元结构的变化与动物如何适应季节变化联系起来。它的发现加深了我们对调节昼夜节律系统(或内部时钟)的重要机制的理解。

 

这项发表在《细胞》(Cell)杂志上的研究主要关注“神经元可塑性”(神经元结构的变化)及其在大脑中的功能。


“神经元可塑性是学习和记忆的基础,但将特定神经元的变化与动物行为的变化联系起来是非常具有挑战性的,”论文的资深作者、纽约大学生物学系和阿布扎比大学的教授贾斯廷·布劳(Justin Blau)解释道。“在我们的研究中,我们发现了一小部分神经元的可塑性是如何帮助生物钟运转的,并帮助过渡到不同的季节。”


这篇论文的其他作者是纽约大学生物学系的博士研究生阿夫罗迪提·佩察库和麻省理工学院的助理教授泰米斯托克利·萨皮西。


在他们的研究中,研究人员把重点放在果蝇的主要s-LNv时钟神经元上。果蝇的s-LNv时钟神经元通常用于研究昼夜节律。


具体来说,他们的工作集中在这些神经元轴突的末端/尖端,在那里他们释放信号。先前的研究已经证实,这些终端以24小时的节奏改变了它们的结构,但尚不清楚这些改变起了什么作用。


在细胞研究中,科学家们量化了s-LNv轴突末端的每日变化,发现它们每24小时生长和收缩一次。他们还确定了在神经可塑性中驱动这些节律的蛋白质:Rho1。此外,他们发现s-LNvs的可塑性是维持昼夜节律(生物钟)和允许季节性适应这些节律所必需的。具体来说,如果s-LNvs无法收缩,那么苍蝇在冬季表现正常,但无法预测漫长夏日的黎明。相反,如果s-LNvs保持缩回状态,那么果蝇在短时间和长时间内的行为就像在夏季一样。


他们还在s-LNv轴突末端的蛋白质中发现了节奏。在黎明时分,s-LNvs有高水平的蛋白质参与发送信号,低水平的蛋白质允许他们接收信号。在黄昏时,情况正好相反。这种不同寻常的神经可塑性表明,s-LNvs的功能在一天中发生了巨大的变化:从主要在黎明发送信号到主要在黄昏接收信号。


这一发现也可能为人类的一种疾病——脊髓小脑共济失调(一种影响协调和运动的神经退行性疾病)提供新的线索。布劳的研究小组发现,Rho1活性的日常变化是由一种基因的转录节奏控制的,这种基因与人类的紫草素-1非常相似。


Blau指出:“由于脊髓小脑共济失调的某些表现形式与人类Puratrophin-1基因突变有关,我们的数据支持这样一种观点,即神经可塑性的缺陷是运动控制功能丧失的基础,并导致神经退化。”


 
 
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