大腦中各種化學(xué)分子就充當著調(diào)控信號的角色。***近，《細胞報告》的新研究又找到了兩種參與大腦信號調(diào)控的蛋白RIM1和SRPK2，它們主要負責(zé)控制突觸部位的信號傳遞。

突觸作為一個信號中轉(zhuǎn)站，有的信號在抵達時就能夠往下游傳輸，有的信號則積累到一定程度才會傳遞。根據(jù)新研究，具體哪些信號需要釋放，哪些需要等待，就依賴RIM1來完成。

其中關(guān)鍵的是突觸中許多充滿神經(jīng)遞質(zhì)的突觸小泡，這些小泡會在突觸一側(cè)等待，當接收到合適信號時它們才會被釋放?！斑@些突觸小泡釋放的數(shù)量，以及受體對其作出的反應(yīng)都是嚴格控制的，”德國波恩大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Schoch McGovern博士表示。

McGovern博士和同事曾在果蠅中發(fā)現(xiàn)，RIM1在這一過程中會比較活躍。不過，更加***的生物是否會有更復(fù)雜的調(diào)控機制仍然不清楚。為此，他和同事將這一研究擴展到了小鼠層面。

▲SPRK2會修飾RIM蛋白來影響突觸信號傳遞過程

在新研究的分析中，他們發(fā)現(xiàn)突觸小泡釋放過程中，名為SRPK2的酶會不斷地往RIM1的一些氨基酸上添加磷酸基團，而與此對應(yīng)的，特定氨基酸的磷酸化則會提升突觸小泡的釋放數(shù)量。

“究竟是增加還是減少突觸小泡的數(shù)量，就要看是哪些氨基酸被磷酸化了，” McGovern博士解釋道。他們還不清楚被磷酸化的RIM1在執(zhí)行功能之后會怎么處理，有可能還有其他的酶會對其進行修飾，完成后續(xù)調(diào)控工作。

RNA提取磁珠屬于納米生物磁珠的一種，主要作用是用于核酸提取過程中的RNA提取，粒徑分布在500nm左右，是洛陽吉恩特生物自主研發(fā)生產(chǎn)的高分子納米磁性微球，該磁珠懸浮時間長，磁響應(yīng)時間迅速，對DNA甲基化過程中的提取環(huán)節(jié)提供良好的支持，可明顯縮短實驗時間，提高實驗效率，并在提取結(jié)果上保持穩(wěn)定，配合核酸提取儀，更能實現(xiàn)快速的RNA提取。

      做夢——人在睡眠時自然發(fā)生的一個過程。來自日本理化學(xué)研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，做夢這件事歸功于Chrm1 和 Chrm3 兩個關(guān)鍵基因。當敲除這兩個基因時，人在快速眼動(REM)睡眠期的睡眠水平會下降，且不再做夢、記憶減退。人在睡覺過程中，腦電圖會發(fā)生各種隨著睡眠深度不同而不同的變化。根據(jù)腦電圖的不同特征，睡眠分為兩種狀態(tài)：非眼球快速運動睡眠（NREM睡眠）和眼球快速運動睡眠（REM睡眠），夢境通常發(fā)生在REM睡眠期。

      此前研究表明，乙酰膽堿受體（可產(chǎn)生副交感神經(jīng)興奮效應(yīng)，即心臟活動、消化腺分泌增加、瞳孔縮小等）參與了REM睡眠的調(diào)節(jié)，為了揭示REM睡眠背后的分子機制，在***新一項研究中，通訊作者Hiroki Ueda及其團隊在小鼠模型中實驗了膽堿能神經(jīng)元，這種神經(jīng)元布滿乙酰膽堿受體。

DOI：http://www.giant-bio.com/home-newsinfo-id-4263.html

在發(fā)表于《Cell Reports》雜志上題為“Muscarinic Acetylcholine Receptors Chrm1 and Chrm3 Are Essential for REM Sleep”的這篇文章中，研究人員首先通過突觸抑制這些神經(jīng)元來識別對睡眠至關(guān)重要的神經(jīng)元群體。之后使用CRISPR基因編輯技術(shù)系統(tǒng)地禁用乙酰膽堿受體基因。

       讓人意外的是，當敲除了乙酰膽堿受體基因Chrm1和Chrm3后，他們發(fā)現(xiàn)，REM睡眠期幾乎喪失，而失去了這一睡眠階段也就意味著不再產(chǎn)生做夢現(xiàn)象。

       另一方面， NREM睡眠可分為I、II、III、IV四個階段，其中I、II期稱“淺睡眠”，III、IV期稱為“深睡眠”。II期非快眼動睡眠期占總睡眠時間的50%左右。研究人員據(jù)此認為該實驗中小鼠睡眠時間的縮短或是由于NREM睡眠時間縮短造成，這就表明，膽堿能調(diào)節(jié)對NREM睡眠也很重要。通過進一步研究，作者繼而得出，REM睡眠受損也會縮短NREM睡眠的持續(xù)時間。

      一般來說，當REM睡眠出現(xiàn)障礙時，會出現(xiàn)一系列問題，如精神壓抑、過度飲酒、腦血管疾病和變性性神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。然而在這項研究中，作者們觀察到，當廣泛分布于不同大腦區(qū)域的Chrm1和Chrm3基因被敲除時，盡管小鼠幾乎完全不再經(jīng)歷REM睡眠，但仍然存活了下來。

        作者、RIKEN研究員Yasutaka Niwa說:“令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，盡管REM睡眠幾乎完全喪失，小鼠還是可以存活的，這將使我們能夠嚴格驗證REM睡眠是否在學(xué)習(xí)和記憶等基本生物功能中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?！?/p>

總結(jié)來說，這些發(fā)現(xiàn)強烈暗示Chrm1 和 Chrm3基因?qū)艟骋约八哒{(diào)節(jié)的重要性，尤其是對REM睡眠發(fā)揮的作用。

        生物磁珠對細胞篩選的方法已日漸成熟，原理是將包被一抗的磁珠與細胞表面對應(yīng)的分子特異性結(jié)合，或者將包被二抗的磁珠與已經(jīng)與細胞表面分子特異性結(jié)合的一抗結(jié)合。磁珠攜帶與之結(jié)合的細胞吸附與分離柱或試管上，實現(xiàn)陽性細胞或陰性細胞的分離。洛陽吉恩特生物自主研發(fā)生產(chǎn)了各類生物磁珠，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的實驗結(jié)果

細胞核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子是決定細胞命運、形態(tài)、和生理功能的中心指揮者，而在細胞膜表面的蛋白則通過與細胞環(huán)境的相互作用來執(zhí)行這些指令?！稗D(zhuǎn)錄因子→細胞表面蛋白→生理功能”的框架被認為存在于一切涉及細胞與環(huán)境交流的生物學(xué)過程中。例如在發(fā)育的神經(jīng)元中，科學(xué)家們常常假設(shè)轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)細胞表面蛋白的表達，來控制神經(jīng)元之間連接，形成特定的神經(jīng)環(huán)路。

2022年5月24日，來自美國斯坦福大學(xué)與霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的知名學(xué)者駱利群教授，帶領(lǐng)團隊在Neuron期刊上發(fā)表研究論文，用一個定義譜系的轉(zhuǎn)錄因子Acj6為例子，展示了轉(zhuǎn)錄因子如何“四兩撥千斤”，通過調(diào)節(jié)不同組合的表面蛋白的表達，控制不同神經(jīng)元類型的連接。駱利群實驗室的博士生謝琦婧和李介夫博士為本文的共同***作者。

早在2003年，駱利群教授團隊發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Acj6特異性表達在果蠅嗅覺系統(tǒng)投射神經(jīng)元 （projection neuron，PN）的一個譜系（lineage）中，并控制這些神經(jīng)元特異性的樹突靶向。不過，當時由于缺少直接測量特定細胞群體表面蛋白表達的方法，無法進一步知道Acj6以及其他轉(zhuǎn)錄因子如何通過細胞表面的蛋白質(zhì)控制神經(jīng)連接的特異性。

直到2020年，駱利群教授、本文的共同***作者李介夫博士與合作者發(fā)展了一種高時空分辨率的蛋白組學(xué)技術(shù)，在方法上實現(xiàn)了突破。這種技術(shù)使得研究人員可以直接在完整果蠅大腦內(nèi)對指定細胞類型的表面蛋白組進行高精度的生物素標記、富集和分析，也為系統(tǒng)地研究轉(zhuǎn)錄因子如何在多細胞生物的完整組織中塑造細胞表面蛋白質(zhì)組提供了可能。

▲相關(guān)閱讀：駱利群/Alice Ting聯(lián)合團隊《細胞》發(fā)文，創(chuàng)新技術(shù)找到多個神經(jīng)連接調(diào)節(jié)因子

在此次新研究中，研究人員運用這種蛋白組學(xué)技術(shù)，首先找到了轉(zhuǎn)錄因子Acj6調(diào)節(jié)哪些細胞表面蛋白來執(zhí)行它的命令。他們分別在野生態(tài)和acj6功能喪失突變體中，對投射神經(jīng)元進行了表面蛋白組的定量分析，然后基于蛋白組學(xué)的數(shù)據(jù)進行體內(nèi)篩選，由此揭示了許多執(zhí)行Acj6連接指示的分子。

這些表面蛋白有一些正如作者的猜測，屬于細胞粘附分子，但還有一些則令人意外。比如，機械敏感離子通道Piezo。這種蛋白傳統(tǒng)上被認為只介導(dǎo)神經(jīng)元功能，但他們發(fā)現(xiàn)，失去機械敏感離子通道活性的Piezo突變體可以與野生型Piezo一樣精準調(diào)控PN樹突靶向?！斑@個結(jié)果***展示了Piezo獨立于機械感覺離子通道的功能。”作者指出。 

▲在PN中敲除Piezo導(dǎo)致樹突錯誤的靶向（白色箭頭）

接下來，為了建立轉(zhuǎn)錄因子Acj6與其調(diào)控的表面蛋白在樹突靶向中的功能性聯(lián)系，研究人員在表達Acj6的投射神經(jīng)元中特異性地敲除了acj6，同時又在這些神經(jīng)元中特異性地表達了Acj6促進表達的表面蛋白。

實驗結(jié)果表明，在不同神經(jīng)元類型中，Acj6通過調(diào)控不同組合的表面蛋白表達來指定這類神經(jīng)元特異的靶向。

“在不同神經(jīng)元中，一個轉(zhuǎn)錄因子是通過調(diào)節(jié)相同、還是不同的細胞表面蛋白以指定它們的特異連接，這個問題過去并不清楚?！毖芯咳藛T指出，“發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)長期存在一種假設(shè)，認為神經(jīng)連接的特異性可能是由表面蛋白組合編碼（combinatorial code）控制，現(xiàn)在我們***為這一假設(shè)提供了實驗證據(jù)，展示了表面蛋白間的遺傳相互作用模式（加法、減法和協(xié)同）?！?/p>

▲Acj6在不同神經(jīng)元類型中通過調(diào)控不同表面蛋白（cell-surface executor）的表達來控制神經(jīng)連接特異性

正如科學(xué)家們在論文中提及的那樣，這篇文章為未來研究轉(zhuǎn)錄因子功能與機理提出了一個新的策略和方法的原型。

RNA提取磁珠屬于納米生物磁珠的一種，主要作用是用于核酸提取過程中的RNA提取，粒徑分布在500nm左右，是洛陽吉恩特生物自主研發(fā)生產(chǎn)的高分子納米磁性微球，該磁珠懸浮時間長，磁響應(yīng)時間迅速，對DNA甲基化過程中的提取環(huán)節(jié)提供良好的支持，可明顯縮短實驗時間，提高實驗效率，并在提取結(jié)果上保持穩(wěn)定，配合核酸提取儀，更能實現(xiàn)快速的RNA提取。

       世界衛(wèi)生組織將所有類別的紫外線(ultraviolet, UV)輻射歸類為1級致癌物質(zhì)。然而，調(diào)查顯示，仍有80%的歐洲人相信擁有古銅色的肌膚象征著健康和美麗。但本質(zhì)上，曬黑就是紫外線對皮膚造成傷害的表現(xiàn)。同時，有證據(jù)表明紫外線可以預(yù)防心血管疾病和增強肝臟代謝。不論是利是害，陽光通過皮膚對大腦和內(nèi)分泌系統(tǒng)造成影響已是不爭的事實?，F(xiàn)在，又有研究發(fā)現(xiàn)，日光暴露會導(dǎo)致男性的覓食行為和食物攝入的增加，而雌激素的干擾則使得女性不受其影響。

    發(fā)表于nature metabolism的一項題為“Food-seeking behavior is triggered by skin ultraviolet exposure in males”的研究指出：UVB的照射將導(dǎo)致皮膚脂肪細胞中的p53轉(zhuǎn)錄激活，饑餓素（ghrelin）的mRNA水平升高，血漿中饑餓素濃度增加，從而增進進食***；在敲除了p53的小鼠中，UVB誘導(dǎo)下的饑餓素表達和覓食行為被消除；而在雌性中，雌激素則通過干擾饑餓素啟動子上的p53-染色質(zhì)相互作用，阻止了饑餓素對UVB的響應(yīng)。

    參與食欲調(diào)節(jié)的激素有很多，如胰島素、瘦素等外周激素都可食欲，但饑餓素是目前***已知能夠刺激食欲的外周肽。饑餓素的分泌受血液中營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的抑制，而谷氨酸鈉、多巴胺、催產(chǎn)素和腎上腺素則會增加饑餓素分泌。多種環(huán)境因素，如音樂、光照、氣味，都能影響?zhàn)囸I素分泌，但潛在機制未明。胃是饑餓素的主要來源，然而切除胃只能減少65%的饑餓素，說明還存在著其他生產(chǎn)饑餓素的組織。本項研究揭示了UVB暴露-皮膚-p53基因-饑餓素這條通路是如何影響人類男性/雄性小鼠增加覓食行為，而人類女性/雌性小鼠則不受影響的。

日光照射可增強男性能量攝入和代謝情況

     研究人員通過分析一項約3000人為期3年的全國營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，男性的能量攝入和代謝情況與太陽輻射及其季節(jié)性波動顯著相關(guān)。研究對志愿者UVB暴露前后血漿進行質(zhì)譜分析，并通過蛋白質(zhì)圖譜和基因本體論分析進行功能相關(guān)性分析，對小鼠UVB暴露后總血漿蛋白進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析。數(shù)據(jù)表明，和人類男性一樣，雄性小鼠對紫外線和季節(jié)變化更為敏感，新陳代謝受到顯著影響。

UVB暴露增強雄性的覓食行為

    研究人員對小鼠進行為期10周的UVB暴露處理，并觀測期間的食物攝入量和行為活動，發(fā)現(xiàn)雄性小鼠在暴露于UVB時，食物攝入量和進食行為顯著增加，但***大攝氧量和糞便中的脂肪含量則表明，基礎(chǔ)代謝率不會受到調(diào)節(jié)。通過經(jīng)典的衡量動物可以為獲得食物付出多少努力的樓梯測試，研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)UVB暴露的雄性小鼠比未經(jīng)UVB暴露的雄性小鼠吃得多得多。曠場測試的結(jié)果則顯示，經(jīng)UVB暴露的雄性小鼠吃下的食物數(shù)量和在***食物區(qū)域停留的時間都顯著增加。常用來測試動物焦慮行為的高架十字迷宮實驗及對小鼠注射β-內(nèi)啡肽拮抗劑納曲酮的曠場測試則表明，β-內(nèi)啡肽不是UVB暴露導(dǎo)致增強覓食行為的原因。

    DNA提取是分析農(nóng)作物分子生物學(xué)性狀的重要步驟，現(xiàn)階段，常用的DNA提取技術(shù)有磁珠法和離心柱法，使用磁珠進行農(nóng)作物的DNA提取，可以實現(xiàn)高通量、自動化的操作。由于磁珠對核酸的吸附靈敏度高，只需要少量的葉片或其他組織即可得到高得率、高純度的DNA。吉恩特生物采用自主研發(fā)生產(chǎn)的納米生物磁珠和磁珠法DNA提取試劑盒，可以從各種類型的農(nóng)作物中提取高質(zhì)量的核酸，配合核酸提取儀，可以達到快速自動化提取的目的。