免疫系统杀手细胞受昼夜节律控制

对哺乳动物免疫系统所必需细胞的详尽数据集的分析表明，我们对抗疾病的能力可能比以前认为的更依赖于每日的昼夜节律周期。

故障在昼夜节律这一过程使我们的身体与昼夜周期保持一致，但它与糖尿病、癌症、阿尔茨海默病和许多其他疾病的关联越来越大。一项调查今天发表在基因组研究这表明巨噬细胞(我们体内寻找并摧毁细菌等入侵者的细胞)的活动可能通过新陈代谢的昼夜控制来控制它们对病原体和压力的反应的每日变化。

在这项研究中，Rensselaer理工学院Richard Baruch M.D.生物科学职业发展助理教授、本研究的资深作者Jennifer Hurley和她的团队调查了巨噬细胞中RNA和蛋白质水平在两天内的变化。赫尔利说:“我们已经证明，巨噬细胞的行为有大量的昼夜节律，但生物钟正在以意想不到的方式为巨噬细胞计时。”

昼夜节律系统由一组核心时钟蛋白组成，它们通过引起酶和激素水平的每日波动来预测昼夜周期，并最终影响体温和免疫反应等生理参数。这个分子钟通过一个自我调节的周期来标记时间蛋白质生产和衰变。时钟的“正”元素蛋白质触发“负”元素蛋白质的产生，而“负”元素蛋白质反过来又阻止正元素蛋白质的产生，直到负元素蛋白质衰变，从而产生每24小时发生一次的负反馈循环。

正元件蛋白也调节大量基因产物的波动，称为信使RNA或mRNA。遗传指令从DNA转录到mRNA，然后被用作组装蛋白质的配方，蛋白质是细胞的功能组成部分。长期以来，人们一直认为，后续每一步的水平都可以从前一步预测出来。如果是这样的话，振荡的mRNA将与细胞蛋白质的振荡水平相对应，因此，如果有人可以跟踪mRNA，他们就会知道生物钟控制着细胞中的哪些蛋白质。

然而，这项调查表明，这种范式可能并不总是正确的。对巨噬细胞数据集的分析显示，蛋白质和受生物钟控制的mrna之间存在严重的不匹配。该数据与发表在电池系统赫利实验室2018年的一项研究表明，在真菌和昼夜节律模型系统中，约40%的振荡蛋白没有相应的振荡mRNA。

“但是巨噬细胞差异的规模真的让我们感到惊讶，”Hurley说。“80%的振荡蛋白质在巨噬细胞中没有相关的振荡mRNA。这意味着我们真的忽略了时钟是如何为免疫计时的。”

赫尔利的团队与爱尔兰皇家外科学院(RCSI)的安妮·柯蒂斯实验室合作，能够预测并证明，时钟调节代谢，为巨噬细胞的关键免疫功能计时。为了做到这一点，来自RCSI的研究人员跟踪了巨噬细胞产生能量的线粒体，显示了细胞器分裂产生能量并在休息阶段重新结合的节奏。然后，赫尔利实验室能够证明，关键免疫过程的时间是由线粒体分裂和融合导致的能量产生的变化所控制的。

“我们的数据点到需要在一个全新的水平上追踪节奏，”RCSI的高级讲师柯蒂斯说。“这也意味着我们的身体受生物钟的影响比我们想象的要多。”免疫系统的这种昼夜节律对人类健康、疾病治疗和疫苗效力都有影响。

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