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免疫系統的巨噬細胞受晝夜節律控制

免疫系統的巨噬細胞受晝夜節律控制
  • 免疫系統的巨噬細胞-尋找並殺死病原體的細胞-受到晝夜節律(24 小時晝夜週期)的控制。

  • 在這項研究中,研究人員追蹤了巨噬細胞產生能量的粒線體,結果顯示關鍵免疫過程的時間是由能量產生的變化控制的。

  • 這項研究可能對疾病治療和疫苗功效產生影響。

這篇文章發佈在 eurekalert.org 上:

對哺乳動物免疫系統所必需的細胞的詳盡數據集的分析表明,我們對抗疾病的能力可能比以前假設的更依賴於日常晝夜節律週期。

晝夜節律(使我們的身體與晝夜週期一致的過程)的故障越來越多地與糖尿病、癌症、阿茲海默症和許多其他疾病有關。 今天發表的一項調查 基因組研究 研究表明,巨噬細胞(我們體內尋找並消滅細菌等入侵者的細胞)的活動可能透過晝夜節律控制新陳代謝來控制它們對病原體和壓力的反應的每日變化。

在這項研究中,倫斯勒理工學院生物科學系理查德·巴魯克醫學博士職業發展助理教授、本研究的資深作者Jennifer Hurley 和她的團隊研究了巨噬細胞中RNA 和蛋白質水平在兩天內如何變化。 赫爾利說:“我們已經證明,巨噬細胞行為存在令人難以置信的晝夜節律,但生物鐘以意想不到的方式對巨噬細胞進行計時。”

晝夜節律系統由一組核心時鐘蛋白組成,它們透過引起酵素和荷爾蒙水平的每日波動來預測晝夜週期,並最終影響體溫和免疫反應等生理參數。 這種分子鐘透過蛋白質產生和衰變的自我調節循環來標記時間。 生理時鐘的「正」元素蛋白質會引發「負」元素蛋白質的產生,而「負」元素蛋白質又會阻止正元素蛋白質的產生,直到負元素蛋白質衰變,從而形成每24小時發生一次的負回饋循環。

正元件蛋白也調節大量基因產物(稱為信使 RNA 或 mRNA)的波動。 遺傳指令從 DNA 轉錄為 mRNA,然後用作組裝蛋白質(細胞的功能構件)的配方。 長期以來,人們一直認為後續每個步驟的水平都可以根據前一個步驟進行預測。 如果是這樣的話,振蕩的 mRNA 將與細胞蛋白質的振盪水平相對應,因此,如果人們能夠追蹤 mRNA,他們就會知道生物鐘控制細胞中的哪些蛋白質。

然而,這項調查表明,這種範式可能並不總是正確的。 對巨噬細胞數據集的分析表明,生物鐘控制的蛋白質和 mRNA 之間存在很大的不匹配。 該數據與發表在 細胞系統 hurley 實驗室在 2018 年進行的一項研究表明,真菌和晝夜節律模型系統粗糙脈孢菌 (Neurospora crassa) 中約 40% 的振盪蛋白沒有相應的振盪 mRNA。

「但巨噬細胞差異的規模確實讓我們感到驚訝,」赫爾利說。 “80% 的振盪蛋白質與巨噬細胞中的振盪 mRNA 沒有關聯。這意味著我們確實錯過了時鐘如何計時免疫。”

觀看一個 有關赫爾利研究的視頻.

Hurley 的團隊與愛爾蘭皇家外科醫學院 (RCSI) 的 Annie Curtis 實驗室合作,能夠預測並證明生理時鐘調節新陳代謝,以控制巨噬細胞中關鍵免疫功能的時間。 為此,RCSI 的研究人員追蹤了巨噬細胞產生能量的粒線體,顯示了細胞器分裂產生能量並在休息階段重新結合的節奏。 然後赫爾利實驗室能夠證明關鍵免疫過程的時間是由粒線體分裂和融合引起的能量產生的變化所控制的。

rCSI 高級講師 Curtis 表示:“我們的數據表明需要在一個全新的水平上追蹤節奏。” “這也意味著我們的身體對生理時鐘的控制比我們想像的要多。” 免疫系統的這種晝夜節律對人類健康、疾病治療和疫苗功效具有影響。

這項研究發表於 基因組研究 2020 年 11 月。 



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