肝细胞也有“生物钟” 人类应规律作息
2016-11-11 13:45:32   来源:中国科技网
内容摘要
我们体内的器官也过24小时,也有自己的“生活”节奏。瑞士科学家研究发现,超过500种肝细胞蛋白质受到昼夜周期的影响。此外,DNA修复、核糖体合成、细胞周期和染色体调控等也受到昼夜调节的影响。

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洛桑联邦理工学院和雀巢健康科学研究所的科学家们研究发现,肝脏也有自己的代谢节奏。

肝脏代谢遵循昼夜循环在一天时间里超过500个肝脏蛋白在细胞核中发生变化开启了一个新的代谢研究维度。

发生在我们体内的生物过程不是静态的,它们当中大部分的节奏是受到内在的、24小时的生物节拍器“生物钟”控制的。在每一个日夜循环中,许多生理过程遵循生物钟的节奏,使得它们能够在任意时点上,适应和满足身体的需要。洛桑联邦理工学院的科学家们利用前沿的蛋白质组学技术,监测小鼠肝脏细胞核内超过5000种不同蛋白质的变化,识别出其中500种蛋白与24小时循环有关联性。该研究发表在《细胞代谢》期刊上,是该领域首个规模化和图谱化研究,对于我们理解代谢节奏和营养之间的关联性具有重大意义。


生物过程受到时间影响

通过微调一天内的新陈代谢过程,我们的身体能够遵循昼夜规律,这就是为什么我们晚上可以睡好几个小时而不觉得饿,但是吃完早饭后我们可忍受不了8小时不进食,或者为什么时差有时候会引起消化不良。这些都属于“生物钟”的范畴,该研究领域关注的是生物功能如何根据时间进行组织,当这种时间管理被扰乱,疾病是如何发生的。

新陈代谢的调节与我们的基因如何产生蛋白质是相关联的。许多基因通过调节它们产生蛋白质的速率,来遵循生物钟的节奏,了解哪些基因做这项工作将有助于我们了解新陈代谢过程如何在一天内发生变化。令人沮丧的是,虽然人类基因组草图绘制工作在十几年前就完成了,但是调查基因组如何控制蛋白质的产生仍然十分困难,主要原因是细胞中蛋白质数量庞大。


500种肝脏蛋白质受日夜循环的影响

洛桑联邦理工学院的Felix Naef和雀巢健康科学研究所的Frédéric Gachon在新陈代谢随时间变化的研究上取得重大进展。通过研究肝细胞的细胞核,科学家们确定了5000种蛋白质中超过500种受到昼夜周期的影响;具体来说,就是蛋白质在一天过程中进入和离开细胞核。此外,它们还发现了关键细胞功能,如DNA修复,核糖体合成,细胞周期和染色体调控也受到昼夜调节的影响。

为了规避蛋白质组研究的复杂性,研究人员只关注细胞核的研究,而不是整个细胞。细胞核是基因产生蛋白质的区域,然后将蛋白质传送到整个细胞的不同位置。因此,细胞核对于环境和生化信号非常敏感,并通过控制蛋白质产生的数量将环境和生化信号转化成分子反应。

科学家们利用生化技术,从小鼠肝细胞中分离出具备和不具备生物钟功能的细胞核。分离出细胞核之后,他们从细胞核中提取所有的蛋白质,并用质谱分析技术对蛋白质进行分析。


前沿蛋白质组学

像基因组学一样,蛋白质组学属于数字生物学研究领域,该研究领域用计算机建立详细的数据库和完整的生物蛋白质组图谱。科学家们用细胞培养稳定同位素标记技术(SILAC)和高分辨图谱技术(能够有效对蛋白质进行量化),能够在整个24小时内的不同时点上,确定细胞核内蛋白质的数量。因此,他们能够获得昼夜循环如何影响蛋白质在肝细胞中积聚的完整画面。

许多研究针对的是生理功能静态研究,我们的时间方法让我们对一天内新陈代谢循环如何发生,有了全新的洞察,Felix Naef说。“我们对无处不在的肝细胞核功能如何支配着我们进食,活动,睡眠的日常周期感到惊讶。”

“该研究还表明,这种定量蛋白组组学方法是细胞功能系统分析的有力工具,”Frédéric Gachon说。“传统的蛋白质组学技术是无法做到的。”

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