FV3000助力中科院腦智卓越中心杜久林團隊揭示突觸發育的晝夜節律性
中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心
生物鐘通過協調這些生理和行為過程，使動物能夠適應日常環境的變化。但是，除了在諸如斑馬魚幼魚的細胞周期[5,6]、果蠅的羽化[7]，以及哺乳動物腎臟器官形成[8]中有少量報道外，人們對于生物鐘是否以及如何調節生物體早期發育過程的認識匱乏。
本研究的研究人員在前期的工作中建立了特異標記視網膜-視頂蓋突觸的轉基因斑馬魚模型[9]，在本研究中則是利用該模型來探究突觸發生是否具有晝夜節律性。
首先，研究人員將出生后的斑馬魚幼魚放在正常亮暗光照條件下，經過四天的訓練或牽引（entrainment）后，開展以6小時為時間間隔、持續兩天的長時程成像。分析發現突觸數量的增長速率存在白天快、夜晚慢的晝夜振蕩（圖1a,b）。這一振蕩現象在亮暗光照牽引后轉入持續亮或持續暗的光照條件（圖1c），或者經過反向的暗亮光照條件（圖1d）牽引后都能保持，而在生物鐘基因突變體（clocka-/-）中消失（圖1e），提示這一振蕩受到內源生物鐘系統調節，具有晝夜節律性。
進一步，研究人員通過高時間分辨率成像分析突觸發育的動態過程，發現這一節律是由突觸形成（synapse formation）而非突觸消除（synapse elimination）速率的晝夜差異造成的（圖1f）。
接著，研究人員發現突觸生長速率的節律性在下丘腦食欲素能（hypocretin/orexin）神經系統（圖1g）功能阻斷后消失（圖1h），提示該系統參與調節突觸發育節律現象。最后，研究人員通過生物鐘基因突變或食欲素能神經元受體突變破壞突觸發生的節律性，發現可以造成視網膜神經節神經元軸突分枝變大、復雜度降低，突觸數量減少、在軸突分枝區域中的密度降低和排布不均衡的結構變化（圖1i）；同時通過檢測突觸后視頂蓋神經元的感受野，發現其感受野發生了與突觸前神經元軸突分枝變大相呼應的增大現象（圖1j），即其視銳度功能發育受到影響。
圖1 發育早期突觸發生的晝夜節律性工作的主要結果和工作模型
此研究工作一方面揭示了生物鐘對生物體早期發育過程也具有調節作用，擴展了生物鐘的功能譜；另一方面，揭示了神經系統環路發育過程中的一種新的調節機制。工作中發現的參與睡眠-覺醒調節的下丘腦食欲素能神經元作為生物鐘的下游參與調節此節律現象，為研究生物鐘與睡眠-覺醒的相互作用以及生物鐘的輸出路徑提供了新的研究思路（圖1k）。
FV1000正置
FV3000正置
原文：
Circadian regulation of developmental synaptogenesis via the hypocretinergic system | Nature Communications
參考文獻
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