斑马鱼视觉系统生物钟的研究进展

斑马鱼视觉系统生物钟相关研究在近些年取得了一定的进展。现主要对斑马鱼视觉系统中受生物钟调控的形态学、视觉功能、电生理等特性进行总结,并初步探讨其内源性机制。同时,也概括了近年来在斑马鱼松果体方面的研究进展,尤其是松果体的感光特性和发育过程,及其在斑马鱼生物钟形成中的作用。     

斑马鱼生物钟研究进展

斑马鱼是生物钟研究领域中一种新兴的脊椎动物模型。文章总结了斑马鱼生物钟研究的一些进展, 以及利用斑马鱼研究生物钟的特点及优势。由于光照和温度作为重要的外部信号在斑马鱼生物钟调节中发挥重要作用, 文章主要就近期光和温度对斑马鱼钟基因及调节通路的研究进行了概述, 最后对斑马鱼生物钟研究的未来提出了展望。     

磁生物学在模式动物斑马鱼中的研究进展

磁场在生活中无处不在,为探究磁场的生物学效应,大量研究工作已经开展。斑马鱼作为新兴的模式生物,在探明磁场与生理功能关系方面具有重要作用。本文梳理了当前磁生物学在斑马鱼上的相关研究。已有研究表明磁场会导致斑马鱼生长畸形、发育延迟和细胞凋亡,影响斑马鱼的游泳行为和方向偏好,也会改变其昼夜节律,还会对生殖和免疫功能产生影响;斑马鱼可能具有不止一种的磁感应机制,除了目前已提出的磁矿石晶体模型、自由基对模型和电磁感应模型等磁感应模型外,磁场引起的DNA损伤、Ca²⁺稳态异常、微管聚合速率改变、应激反应、生物钟基因cry的表达改变等可部分解释上述现象。针对存在的生物磁感应研究中存在的参数不一和机制不清晰等问题,结合斑马鱼优势,本文提出未来斑马鱼在磁生物学研究中的潜在方向：基于斑马鱼建立磁场和生物参数可控的磁生物学研究模型;非侵入性活体追踪相关生命活动过程,可视化研究磁生物学现象;基于Cry蛋白开展磁场与生物节律关系的研究。     

哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展

时间生物学主要是研究生物体内生理和行为的时间机制的学科,而这种机制主要是由生物钟调控的。研究表明,营养代谢的各个方面如葡萄糖转运、糖原异生、脂质合成及降解、氧化磷酸化等作用都受到生物钟核心转录机制的调控,并具有时间敏感性;相反,代谢信号也可以反馈调节生物钟系统,包括生物钟基因表达和行为活动。生物钟的紊乱会造成诸如心血管疾病、肥胖、糖尿病等多种疾病。本文从代谢与生物钟的相互关系、各类营养信号和营养素对生物钟的作用以及生物钟与营养代谢相关疾病的关系等多方面综述了哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展。     

生物钟生物学及其研究进展

生物钟是生命对地球以24小时为周期的环境变化长期适应而演化的内在计时机制。生物钟是生命最普遍的基本特征之一。生物钟系统与体内其他系统,如神经系统有着相互影响的密切关系。生物钟生物学作为最重要的时间生物学分支,研究生物钟的调节机制以及生物钟对基本的生命过程和活动的调节机制,在医药、农业等有着广泛的应用。综述了生物钟生物学近年来的研究进展,尤其是生物钟生物学近年在中国的发展状况。     

生物钟作用机制及其对动物年节律产生的影响

生物钟几乎存在于所有生命体,是生物适应外界环境的每日周期性变化而产生的内部活动。生物钟在体内受转录-翻译-负反馈环路调控,能调节组织、器官的活动,其正常维持对生物的健康、生长、繁殖等具有重要意义。与之相对,由于环境的四季变化,生物也形成了体内的年周期生理变化,如季节性发情、昆虫滞育等。生物的年节律在外部主要受光周期为主的环境因素影响,在体内则与基因表达、激素含量和细胞组织形态的变化有关。褪黑素是识别外部光周期变化的重要信号,而生物钟在垂体解析褪黑素信号并调控下游信号变化中扮演着重要角色,对环境年度变化的识别和机体年节律的产生具有重要指导作用。本文通过介绍昆虫和哺乳动物的昼夜节律和年节律产生的机制,并结合鸟类的年节律,综述了生物钟对年节律产生影响的作用机制研究进展,以期为今后研究年节律的影响机制提供更广泛的思路。     

动物昼夜生物钟的分子机制

动物的昼夜生物钟是一种十分重要的生物节律,对生物对环境的适应有着重要的意义。昼夜节律是一种综合适应,它体现在个体、器官、组织等不同的水平上。最近20几年来．人们通过对果蝇和鼠的昼夜生物钟振荡子的研究,逐渐揭示了动物生物钟的负反馈回路的分子机制。     

生物钟振荡的动力学机制探析

生物钟是生物适应环境周期性变化的一种内在机制,具有重要的生理功能,生物钟的紊乱会严重影响健康或生存。本文从系统生物学的角度介绍了核心振荡器的振荡机制,综述了生物钟的数学建模及其动力学研究进展,对生物钟振荡中的动力学行为机制进行了探析。     

昆虫生物钟分子调控研究进展

昆虫生物钟节律的研究是人类了解生物节律的重要途径。昆虫在生理和行为上具有广泛的节律活动,如运动、睡眠、学习记忆、交配、嗅觉等节律活动,其中昼夜活动行为节律的研究广泛而深入。昆虫乃至高等动物普遍具有保守的昼夜节律系统,昼夜生物钟节律主要包括输入系统:用于接受外界光和温度等环境信号并传入核心振荡器,使得生物时钟与环境同步;核心时钟系统:自我维持的昼夜振荡器;输出系统:将生物钟产生的信号传递出去而控制生物行为和生理的节律变化。早期分子和遗传学研究主要关注昼夜节律振荡器的分子机制及神经生物学,阐明了昼夜生物钟节律的主要分子机制及相关神经网络。最近更多的研究关注生物钟信号是如何输入和输出。本文以果蝇运动节律的相关研究为主要内容,围绕生物钟输入系统、振荡器、输出系统这3个组成部分对昆虫生物钟研究进展进行总结。     

生物钟紊乱防治策略的研究进展

生物钟是机体为适应环境周期性变化而进化出的一种内在机制。保持体内时钟与外界时钟步调一致对健康至关重要，二者不同步(比如作息不规律、时差、分子时钟机制被破坏等)可能导致生物钟紊乱，可表现为睡眠-觉醒周期异常，激素分泌、血压、心率、体温等节律或水平异常，长期紊乱还与代谢性疾病、心血管疾病、肿瘤等常见重大疾病密切相关。为解决长久以来生物钟紊乱无药可医的局面，科学家们在细胞和动物水平对生物钟基因的功能及其在疾病发生、发展中的作用进行了大量的研究，并对数十万计的小分子化合物进行筛选以探索药物调整生物钟的可行性。此外，褪黑素、光照疗法、运动疗法、调整摄食时间、改变食物营养成分等也对生物钟紊乱起到一定的缓解作用。本文将从药物干预和非药物干预两个角度对生物钟紊乱防治策略的研究进展进行综述。     

哺乳动物生物钟的遗传和表观遗传研究进展

生物钟对生物机体的生存与环境适应具有着重要意义,其相关研究近年来受到人们的广泛关注。生物钟的重要性质之一是内源节律的周期性,当前的研究认为这种周期性是由生物钟相关基因转录翻译的多反馈环路构成核心机制调控着近似24 h的节律振荡。哺乳动物的生物钟系统存在一个多层次的结构,包括位于视交叉上核的主时钟和外周器官和组织的子时钟。虽然主时钟和子时钟存在的组织不同,但是参与调节生物钟的分子机制是一致的。近年来,通过正向、反向遗传学方法和表观遗传学的研究方法,对生物钟的分子机制的解析和认知愈发深入。本文在简单回顾生物钟基因发现历史的基础上,重点从遗传学和表观遗传学两个方面,从振荡周期的角度,对哺乳动物生物钟分子机制的研究进展进行了综述性介绍,以期为靶向调节生物钟来改善机体的稳态系统的研究提供参考,同时希望能促进时间生物学领域与更多其他领域形成交叉研究。     

蓝绿菌生物钟调控动力学和机制研究进展

生物钟的振荡过程是生命体中典型的非线性动力学现象,它们对细胞基因表达、信号转导以及细胞的新陈代谢等过程起重要的调控作用。通过对生物钟振荡过程各个调控单元或模块之间动力学和调控机制的定量分析,有助于更深入、更直观地了解生物钟在时间尺度和空间尺度上如何精确地调控生物体的生命过程。     

虚拟视觉刺激引起幼年斑马鱼捕食行为放弃的研究

目的 当动物重复某种行为以逃避危险或获取奖励而无法成功时，会产生放弃。放弃是一种常见且基本的行为，在小鼠等模式动物中已经被广泛研究，但是其部分神经机制仍未被阐明。幼年斑马鱼适合进行全脑光学成像，是神经科学领域的重要模式生物。已经有研究者通过持续电击等消极刺激诱发斑马鱼放弃行为，然而奖励刺激能否引起斑马鱼放弃尚无报道。本文对奖励刺激引起的斑马鱼放弃行为进行了探究。方法 通过给予斑马鱼虚拟的食物视觉刺激，检验斑马鱼对虚拟食物的捕食情况，比较斑马鱼捕食频率和单次捕食时长随时间的变化。结果 虚拟的食物视觉刺激可以引起斑马鱼的捕食行为，接受25 min虚拟刺激后，8日龄以上斑马鱼的捕食频率和单次捕食时长均出现显著下降。结论 此研究丰富了斑马鱼放弃行为的研究范式，实验结果表明，缺失真实奖励的虚拟食物刺激可以诱导斑马鱼放弃捕食行为，这将进一步加深对动物放弃行为的理解，推动对其神经机制的研究。     

生物钟蛋白质翻译后修饰的生物学功能

生物钟作为内源的分子机器调控生物体的生化反应、生理及行为各层面的活动。真核生物生物钟运行的分子机制非常保守,都是由正调因子和负调因子构成的基于转录/翻译的负反馈调控环来控制。泛素—蛋白酶体途径引发的生物钟蛋白降解是生物钟调控的重要步骤。从真菌、动物到植物,基于磷酸化的生物钟蛋白的泛素化及降解是决定生物钟周期长短的主要调控方式。尽管各物种进化出的生物钟蛋白差异较大,它们都有效地利用了细胞中进化上非常保守的组分,如蛋白激酶、磷酸酶、泛素连接酶、去泛素酶以及蛋白酶体等来调控生物钟的运行。     

哺乳动物卵巢生物钟的研究进展

近年来,越来越多的研究发现生物钟系统在许多生理活动中,包括心血管、内分泌、免疫、生殖等系统的生理,都起着重要作用。随着2006年卵巢生物钟的发现,生殖系统生物钟成为新的研究热点。研究发现卵巢生物钟不仅影响排卵,而且还控制类固醇激素的释放。卵巢生物钟属外围生物钟,受到中央生物钟(SCN)神经内分泌信号的调控。还发现下丘脑-垂体-卵巢(HPG)轴上各水平都存在生物钟,HPG轴上各生物钟失同步影响生殖能力,这可能导致一些疾病发生的病因。本文总结近十年的关于卵巢生物钟的研究,列举哺乳动物卵巢生物钟存在的证据,并阐述生物钟在雌鼠正常生殖生理过程,及在生殖系统疾病病理过程中的作用及其分子机制。     

铜绿微囊藻生物钟蛋白KaiA的自身相互作用研究

正蓝藻虽为原核生物,但它也和真核生物一样具有生物钟,它的固氮作用、光合作用、氨基酸吸收、细胞分裂以及基因表达等生理代谢过程都受到生物钟的调控,具有昼夜节律性。虽然蓝藻生物钟和真核生物钟一样,都以近24h的周期运行,都具有温度补偿效应,光、温等环境因素都能重置生物钟的时相,但组成蓝藻生物钟的钟蛋白与真核生物钟蛋白间不具有任何同源性,蓝藻生物钟的计时机制也与真核生物钟存在差异1-2。蓝藻钟基因为一个基因簇kai,由三个基因kaiA、kaiB、kaiC以单一拷贝成簇排列,Kai蛋白组成蓝藻生物钟的核心即中央振荡器,其中kaiC蛋白的磷酸化状态是中央振荡器产生周期性震荡的关键,它决定中央振荡器的时相,而kaiC的磷酸化状态则受到kaiA和kaiB的调节。kaiA是接受和整合环境信息的钟蛋白,具有N-端和C-端两个结构域,N-端缺乏保守天冬氨酰残基的伪接受域能通过与输入途径的某种蛋白(目前未知)发生相互作用而感受环境信号       

抑郁症与生物节律紊乱的相关性研究进展

生物钟的正常运行使得细胞以及组织的活性和功能得以有序进行,从而保证机体功能更好地适应环境的变化。研究发现,抑郁症的发病机制与生物钟的紊乱有关。抑郁症不仅会对患者自身的情绪造成巨大影响,对机体内部的生物节律也会产生影响;而生物钟基因的多态性以及生物钟对单胺类神经递质、下丘脑-垂体-肾上腺轴和神经信号通路的调控,在抑郁症的发病过程中起着重要作用。因此,利用生物节律的变化可以作为治疗抑郁症的重要手段,包括光疗法、剥夺睡眠、睡眠/觉醒相位提前、联合疗法以及时间药理学的应用。     

模式动物斑马鱼在组织屏障发育及功能研究中的进展

斑马鱼作为一种新型的模式动物,以其独特的优势,已经成为现代遗传学、发育生物学等研究的重要模式生物。与人类及其他高等脊椎动物相似,斑马鱼同样具有不同的组织屏障系统。近年来,此领域的研究者利用斑马鱼对血脑屏障等组织屏障的研究取得了重要的进展。这对揭示诸多生理屏障相关的人类疾病的发病机制,以及探讨通过调控组织屏障通透性来达到药物有效投递的可行性等研究具有重要的启示作用。本文将介绍近年来斑马鱼作为模式动物在血脑屏障、血-视网膜屏障、皮肤表皮屏障、肠黏膜上皮屏障等组织屏障发育和功能研究中的最新进展。     

Sirt1与生物钟的相互调控

生物钟调控机制广泛存在于各种类型的细胞中,控制着细胞代谢的节律性变化.最近的研究发现,NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶Sirt1参与了生物钟调控过程,对维持正常的生物钟节律具有重要作用;另一方面,Sirt1的表达也受到生物钟系统的调控,呈现出昼夜节律性的表达.因此Sirt1能与生物钟进行相互调控,并且这一作用机制很可能广泛参与了不同类型细胞内的信号转导和能量代谢过程.本文总结了Sirt1与生物钟之间相互调控的一些研究进展,对它们之间的分子调控机制进行了概述.