SCI ADV | 马定邦组与合作者揭示了果蝇大脑中节律神经元基因表达...

　　

昼夜节律是生物体内部的一种计时机制，它调节着各种生理过程和行为，例如睡眠、觉醒、体温和代谢等。在动物大脑中，存在着专门的神经元群体，称为时钟神经元，它们构成了昼夜节律的神经基础。这些神经元通过产生和感知生物体内外的信号，来维持生物体与环境的同步。

在果蝇中，昼夜节律系统由大脑中约 240 个时钟神经元组成。这些神经元可以根据其解剖位置和投射模式进行分类，例如背神经元的 DN1a、DN1p、DN2 和 DN3，以及腹神经元的 s-LNv、l-LNv、LNd 和 LPN。其中，DN3 神经元是数量最多的群体，占据了每个半球约 70% 的时钟神经元。

尽管研究人员已经对许多时钟神经元的功能进行了深入研究，但对 DN3 神经元的了解仍然非常有限。由于缺乏有效的驱动基因，这些神经元的功能和基因表达模式一直是一个谜。为了解决这个问题，中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心的马定邦团队和布兰迪斯大学 Michael Rosbash 团队利用单细胞 RNA 测序技术，对果蝇大脑中的 DN3 神经元进行了全面分析。他们的研究结果Transcriptomic DN3 clock neuron subtypes regulate Drosophila sleep发表在最新一期的《Science Advances》杂志上。

 

 

研究人员发现，DN3 神经元并非同质群体，而是可以根据基因表达特征分为 12 个不同的亚型。一些 DN3 亚型具有与众不同的核心时钟基因表达模式。与大多数时钟神经元不同，这些亚型的核心时钟基因表达水平在昼夜循环中波动较小，甚至在一些亚型中表现出异常的高表达水平。

图1 果蝇时钟神经元转录组分类

 

研究人员还发现，一些之前未知的 DN3 亚型表达一种名为TrissinR 的 G 蛋白偶联受体。TrissinR 的配体是一种名为Trissin的神经肽，它主要在大脑中的两个节律神经元和时钟网络之外的少数神经元表达。敲除TrissinR的表达会导致果蝇睡眠减少，表明 TrissinR在调节睡眠中起着关键作用。

图2 DN3 神经元中 TrissinR 的表达促进睡眠

 

这项研究不仅揭示了果蝇大脑中 DN3 神经元的复杂性和多样性，还为我们理解睡眠调节的神经生物学机制提供了新的视角。这些发现可能有助于开发治疗睡眠障碍的新方法，并为改善人类健康做出贡献。

 

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr4580