生物钟神经元建模Day-Active动物第一次

这已经不是什么秘密,时差和夜班工作可以肆虐的路上我们身体的内部时钟同步和生物钟日常循环,称为昼夜节律,但现在研究人员说他们更近一步理解大脑如何创造行为为昼夜节律优化,而不是夜间生活。

在一项新的研究发表在《华尔街日报》11月30日eLife研究人员报道,首次记录和建模的生物钟神经元的电活动在周日物种——four-striped草鼠标,Rhabdomys pumilio。

直到现在,夜间物种的大脑记录研究哺乳动物的主要被用来形成一个理解主生物钟——位于大脑的下丘脑视交叉上核(SCN),近20000个神经元通过电信号与光暗周期同步协调昼夜节律在我们的生理和行为。

研究人员说,这项研究是一个走向更精确地研究昼夜节律和人类健康之间的联系,包括白天的曝光和生理时钟造成睡眠障碍之间的关系。

“几乎所有我们知道大脑的生物钟来自他啮齿动物如大鼠和小鼠,研究复杂翻译这个知识对人类生理节律,”凯西Diekman说,共同通讯作者的研究和数学生物学家新泽西理工学院。”这项工作是第一个描述复杂的电气景观的SCN昼夜哺乳动物,突出显著的区别夜间活动的动物,可能是重要的时钟神经元功能适应day-active物种的特定的生物需求。”

“我们发现,整个白天/黑夜模式日SCN神经元活动的啮齿动物r . pumilio类似于之前在他观察到的模式物种,”co-first Beatriz Bano-Otalora表示,该论文的作者之一,生物学家罗伯特·卢卡斯的实验室和曼彻斯特大学的蒂莫西·布朗。“我们还发现独特的功能如何r . pumilio的视交叉上核的神经元的行为,以前从未被观察到在夜间物种。”

研究小组发现,像夜间的啮齿动物,r . pumilio的视交叉上核的神经元自发发射速率白天比晚上高。燃烧率的日夜节律视交叉上核的主要信号发送给大脑休息一天中不同的时间交流。

“但是,当我们注入电流抑制这些神经元,一些细胞表现出明显的延迟恢复抑制后火被释放之前,“米诺解释说美女,共同通讯作者的纸和埃克塞特大学的生物学家。“这delay-to-fire反应不存在夜间啮齿动物和视交叉上核的可能影响r . pumilio时钟神经元响应输入他们收到其他细胞。”

了解更多,团队相结合的电压跟踪记录从啮齿动物的大脑新开发的数据同化算法。他们建造了计算模型模拟电压门控离子通道的复杂的相互作用,产生动作电位。模拟表明,特定离子通道的电导率增加,瞬态——钾通道,负责delay-to-fire响应。

“增强的电导钾通道,我们的模型昼夜物种指出可能是有利的,”说,该论文的co-first作者马修·Moye博士后研究员Merck & co .)开始开发团队的数据同化算法在新泽西理工大学博士生的数学科学部门。“觉醒的结果在视交叉上核抑制行为反馈信号,在夜间活动的动物有助于保持SCN晚上发射低利率。在白天活动的动物,这种夜间抑制性反馈不存在,所以可能需要增强a类型电导沉默晚上SCN和保护整个白天/晚上放电模式。”

团队的研究独立发现Diekman西北大学和他的同事们最近发表在11月15日美国国家科学院院刊》上,揭示基因Tango10作为一个关键的角色之间的联系的生物钟和生产每日唤醒信号在细胞水平上。Diekman说相同的数据同化方法开发研究r . pumilio神经元是用于构造数学模型从电压果蝇的痕迹黑腹果蝇,最终展示Tango10基因突变导致中断的日常节奏。

“现在我们有一个强大的工具,从电压跟踪提取信息,我们希望继续与电生理学实验室合作和应用数据同化录音不仅从生物钟神经元,但也从神经元与神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和亨廷顿氏舞蹈症、“Diekman说。

参考:Bano-Otalora B, Moye MJ,布朗T,卢卡斯RJ Diekman有限公司美女。每日电活动在主日哺乳动物的生物钟。eLife。2021;10:e68179。doi:10.7554 / eLife.68179

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