2022年9月2日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦研究所、定量生物學(xué)中心、生命科學(xué)聯(lián)合中心羅冬根研究員團(tuán)隊(duì)在Science Advances發(fā)表“An extra-clock ultradian brain oscillator sustains circadian timekeeping”研究論文，報(bào)道了一種維持晝夜節(jié)律的新型電信號(hào)及其神經(jīng)機(jī)制。

晝夜節(jié)律由大腦主生物鐘協(xié)調(diào)控制，其核心為生物鐘基因及其蛋白間的負(fù)反饋產(chǎn)生周期為24小時(shí)的分子節(jié)律（獲2017年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）。長久以來，領(lǐng)域內(nèi)普遍認(rèn)為主生物鐘自身就足以維持晝夜節(jié)律（1, 2）。羅冬根團(tuán)隊(duì)的新發(fā)現(xiàn)突破了該傳統(tǒng)理論。

羅冬根團(tuán)隊(duì)首次發(fā)展了可記錄所有果蠅時(shí)鐘神經(jīng)元精細(xì)電活動(dòng)的方法（3），在本研究中，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展了果蠅大腦時(shí)鐘神經(jīng)元的四電極膜片鉗記錄技術(shù)（4），由此觀察到時(shí)鐘神經(jīng)元在全腦范圍內(nèi)產(chǎn)生同步的節(jié)律性動(dòng)作電位發(fā)放，并發(fā)現(xiàn)該同步發(fā)放完全依賴于主生物鐘外部的突觸輸入。通過大規(guī)模篩選上萬種果蠅品系，發(fā)現(xiàn)該節(jié)律性電活動(dòng)來自于一小群自發(fā)振蕩的神經(jīng)元，將之命名為xCEO（extra-Clock Electrical Oscillator）。通過遺傳學(xué)方法沉默xCEO的神經(jīng)活動(dòng)后，時(shí)鐘神經(jīng)元的晝夜節(jié)律性電活動(dòng)輸出完全消失，果蠅行為節(jié)律也隨之消失；恢復(fù)xCEO神經(jīng)活動(dòng)后，行為節(jié)律隨之恢復(fù)。由此，該工作揭示了大腦主生物鐘自身并不足以維持晝夜節(jié)律，而要通過整合xCEOs的內(nèi)源性腦振蕩輸入和自身分子鐘所調(diào)控的膜電位變化共同決定晝夜節(jié)律性的電活動(dòng)輸出。研究提示，內(nèi)源性腦振蕩信號(hào)維持晝夜節(jié)律可能是在昆蟲和哺乳動(dòng)物中都保守的生物鐘核心機(jī)制。

該研究鑒定了果蠅大腦內(nèi)的首群振蕩子神經(jīng)元，并揭示其在維持晝夜節(jié)律中的神經(jīng)機(jī)制（圖1）。該研究突破了傳統(tǒng)理論框架，更新了領(lǐng)域內(nèi)對(duì)生物節(jié)律的認(rèn)識(shí)，也為研究大腦振蕩神經(jīng)信號(hào)的產(chǎn)生及其功能提供了新途徑。

圖1：xCEOs對(duì)晝夜節(jié)律的維持

羅冬根為本文通訊作者；唐敏博士（PTN）、曹麗慧教授（首都醫(yī)科大學(xué)）、楊甜（2018級(jí)生科院博士生）為該文共同第一作者；馬思行（2020級(jí)生科院博士生）、荊碧洋博士、曉娜博士、徐爽（2020級(jí)生科院博士生）、冷康瑞（2021級(jí)生科院博士生）、前實(shí)驗(yàn)室成員李夢(mèng)彤博士（Columbia University）和楊東博士（Scripps Institute）為本文作出重要貢獻(xiàn)。該研究獲國家自然科學(xué)基金委、科技部科技創(chuàng)新2030（腦計(jì)劃）、膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)聯(lián)合中心和北京腦科學(xué)研究所聯(lián)合研究項(xiàng)目支持。

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來源：北京大學(xué)