Science子刊：新研究首次从细胞和分子角度解释了昼夜节律如何影响人类大脑！
转自：生物谷
为什么我们在一天中的某些时候思维更敏锐？在一项新的研究中，美国波士顿儿童医院医学博士JonathanLipton及其研究团队阐明了昼夜节律---人体自然的昼夜周期---与称为突触的大脑连接之间的关系。他们首次从细胞和分子角度解释了一天中警觉性、认知以及学习和记忆能力的自然波动。相关研究结果近期发表在ScienceAdvances期刊上，论文标题为“SynapticBMAL1phosphorylationcontrolscircadianhippocampalplasticity”。
Lipton说，“一个多世纪以来，我们一直知道一天中的时间会影响认知和记忆，但是在此之前，这种机制仍难以捉摸。”
2015年，Lipton及其同事们在Cell期刊上描述了一种名为BMAL1的“时钟”蛋白如何控制细胞中蛋白产生的时间安排（Cell,2015,doi:10.1016/j.cell.2015.04.002）。
在这项新的研究中，这些作者发现BMAL1会在一天中的特定时间出现在大脑突触处，调节突触对环境变化的反应能力，从而使大脑能够学习和编码记忆。这一结果表明，在影响突触和具有昼夜节律成分的疾病（比如阿尔茨海默病、双相情感障碍、帕金森病、结节性硬化综合征和脆性X综合征）中，有可能优化认知功能。
Lipton认为，大脑利用我们的自然昼夜节律来保存能量，以备不时之需。他解释说，“认知过程对能量的需求很高。”
能否通过BMAL1优化认知功能？
这些发现是六年艰苦研究工作的结晶，而且据Lipton的统计，他们采用了十多种不同的实验室技术。他们重点研究了具有明显昼夜节律波动的海马体，发现一个微小的化学变化会促使BMAL1与CaMKIIa发生相互作用，而CaMKIIa是突触功能和记忆形成的关键组织者。他们能够阻断这种相互作用，而不影响其他核心时钟功能，如睡眠/觉醒周期的计时或代谢。
BMAL1定位于海马体突触。图片来自ScienceAdvances,2023,doi:10.1126/sciadv.adj1010。
除了海马体之外，Lipton及其同事们还在大脑皮层和小脑的突触中观察到了BMAL1，因此他们的发现可能会扩展到其他大脑功能。
Lipton说，“我们可以开始探索神经退行性疾病和神经发育疾病是如何破坏突触门控的。我们可以看看这种时钟蛋白的节律发生了什么变化，以及如何优化它。令人兴奋的是，BMAL1和CaMKIIa的相互作用是一种称为磷酸化的生化事件，有可能利用药物加以靶向。我觉得这是很多其他研究工作的开端。”
参考资料：
IlariaBaroneetal.SynapticBMAL1phosphorylationcontrolscircadianhippocampalplasticity.ScienceAdvances,2023,doi:10.1126/sciadv.adj1010.
Timingiseverything:Howcircadianrhythmsinfluenceourbrainshttps://medicalxpress.com/news/2023-12-circadian-rhythms-brains.html