Cell Metabolism:生物鐘時間調節(jié)軸突再生

  • 2023 - 12 - 20
論文標題圖

周圍神經系統(tǒng) (PNS) 損傷是一種越來越常見的疾病,存在于所有年齡段普舆,這是由創(chuàng)傷性和非創(chuàng)傷性原因引起的。PNS 損傷后的軸突再生有限校读,缺乏神經再連接通常會導致永久性神經功能障礙沼侣。實驗證據(jù)表明,再生能力受兩種損傷依賴性機制的調節(jié)歉秫,例如公認的條件反射病變以及最近建立的強化條件反射蛾洛,以及不依賴生理損傷的機制,例如環(huán)境富集 (EE)以及飲食方案雁芙。雖然這些研究導致了影響軸突再生能力的分子途徑的鑒定轧膘,但缺乏對軸突再生的統(tǒng)一和全面的分子理解。因此兔甘,我們探索了在這些不同的模型和條件下形成共同分子分母的有趣可能性谎碍,這可以擴展我們對軸突再生的基本理解,超越目前的知識洞焙。為此蟆淀,我們對最近生成的與再生與非再生條件相關的數(shù)據(jù)集中的富集信號通路進行了無偏倚的比較分析拯啦,包括外周損傷和飲食方案,如間歇性禁食 (IF)熔任,和 EE褒链。出乎意料的是,我們發(fā)現(xiàn)“晝夜節(jié)律”是調節(jié)軸突再生的潛在常見生物學機制笋敞。晝夜節(jié)律時鐘是一種 ~24 小時的分子計時機制碱蒙,基于驅動時鐘基因表達和晝夜節(jié)律輸出的轉錄和翻譯反饋回路

晝夜節(jié)律是軸突再生的常見調節(jié)因子圖

這些包括生理和行為變化的周期荠瘪,這些變化預計每天反復發(fā)生的環(huán)境刺激夯巷,例如光或食物攝入。更具體地說哀墓,晝夜節(jié)律調節(jié)著大量的生理現(xiàn)象趁餐,包括轉錄、翻譯篮绰,表觀遺傳學后雷,炎癥,新陳代謝以及傷口愈合過程吠各,因此具有調節(jié)軸突再生的潛力臀突。盡管生物鐘無處不在,但它們在軸突再生中的作用仍然難以捉摸贾漏。在這里候学,我們表明背根神經節(jié) (DRG) 神經元具有內在的分子時鐘機制,該機制對于在坐骨神經損傷小鼠模型中計時和優(yōu)化軸突再生和靶向再神經支配是必要的纵散。從機制上講梳码,我們發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律軸突再生需要核心時鐘蛋白Bmal1的神經元表達,該蛋白調節(jié)感覺神經元的再生程序伍掀。

損傷后 DRG 的轉錄分析確定了與軸突再生相關的時間依賴性過程圖

最后掰茶,我們通過使用目前被批準用于治療神經系統(tǒng)疾病的藥物鋰,確定了通過時鐘依賴性機制促進損傷后軸突再生的潛力蜜笤”艚總之,我們的研究結果表明把兔,晝夜節(jié)律將軸突再生能力調整到一天中的特定時間窗口沪伙。這些新知識可以為設計時鐘依賴性再生療法和神經康復方案鋪平道路。

Bmal1 控制 DRG 神經元的分子時鐘和再生生長圖

重要的是垛贤,最近的一項研究報告稱焰坪,與活動期(白天)相比,在休息階段(夜間)發(fā)生燒傷時聘惦,人類燒傷愈合時間增加了 ~60%某饰,表明可以通過時間療法(包括時間療法和時間活性藥物)來利用時鐘依賴性機制的力量儒恋。

與此一致,我們成功地將鋰用作坐骨神經損傷模型中的原理驗證方法黔漂。最后诫尽,晝夜節(jié)律對軸突再生的影響表明,依賴于神經康復或神經元活動的修復策略應考慮在 24 小時周期內進行時間調整的方法炬守,以與神經元內在再生能力的變化保持一致牧嫉。

損傷后 Bmal1 依賴性 H3K27ac 和 DRG 神經元的長期時間依賴性再生圖

鑒于生物鐘的普遍性,我們的研究結果最終建議對迄今為止在該領域收集的數(shù)據(jù)進行仔細的重新評估减途,這些數(shù)據(jù)可能受到一天中不同時間進行實驗的影響酣藻。它還要求在設計未來的實驗時要謹慎,此后必須考慮與時鐘相關的機制鳍置。

參考文獻:Francesco De Virgiliis,Franziska Mueller,Ilaria Palmisano, et al. The circadian clock time tunes axonal regeneration, Cell Metabolism (2023). DOI:10.1016/j.cmet.2023.10.012

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