2016年4月15日/生物谷BIOON/--在一項新的研究中，來自英國愛丁堡大學和劍橋大學醫學研究委員會分子生物學實驗室（MRC Laboratory for Molecular Biology）的研究人員發現我們飲食中的一種必需礦物質在有助生物持續適應晝夜節律中發揮著意想不到的作用。相關研究結果於2016年4月13日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Daily magnesium fluxes regulate cellular timekeeping and energy balance」。
鎂離子---在很多事物中發現的一種營養物質---有助於控制細胞如何維持它們自己的時間節律來處理晝夜的自然環境周期。
這一在細胞中獲得的發現有望與人體生物鐘相關聯，其中人體生物鐘影響醒睡、激素釋放、體溫和其他重要的人體功能的日周期節律或者說晝夜節律（circadian rhythm, 也譯作生理節律，24小時節律）。
這一令人吃驚的發現可能有助於為人們開發時間療法（chronotherapy），即按照一天的時間安排治療，以及開發新的產量增加的或對收穫季節進行調整的作物品種。
針對3種主要的生物---人細胞、藻類植物和真菌---開展的實驗發現在每種生物中，細胞中的鎂離子水平在日周期節律中上升和下降。
研究人員發現這種波動在維持細胞的24小時節律中起著至關重要的作用。他們吃驚地發現它也對細胞在整個一天的過程中的代謝---細胞如何能夠多快地將營養物轉換成能量---產生巨大影響。
在這項研究中，研究人員進行分子分析，發現在這些細胞類型中，鎂離子濃度在24小時節律中上升和下降，而且這影響細胞自己的生物鐘。
進一步的測試表明，鎂離子水平與這些細胞燃燒能量的能力相關聯。人們已經知道，鎂離子在幫助生物將食物轉化為燃料中發揮著不可或缺的作用，但是在這項研究中，研究人員吃驚地發現它也控制這種生物功能何時發生和如何高效地發生。
論文共同通信作者、愛丁堡大學生物科學學院科學家Gerben van Ooijen博士說，「生物鐘是所有生物所必需的。它們影響我們人體健康和疾病的很多方面，這種影響同樣也適用於作物和微生物。如今，有必要發現如何將這些非常新的觀察結果轉移到整個組織或有機體中，以便讓我們為了醫學和農業目的更好地在複雜的有機體中影響它們。」
另一名論文共同通信作者、劍橋大學醫學研究委員會分子生物學實驗室科學家John O'Neill博士說，「儘管鎂離子在多種組織中的臨床意義正開始獲得更多的關注，但是鎂離子如何調節我們人體的生物鐘和代謝在此之前並未被人們考慮過。這一新發現可能產生包括人類健康到農業生產率在內的一系列益處。」（生物谷 Bioon.com）
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Daily magnesium fluxes regulate cellular timekeeping and energy balance
doi:10.1038/nature17407
Kevin A. Feeney, Louise L. Hansen,Marrit Putker, Consuelo Olivares-Yañez, Jason Day, Lorna J. Eades, Luis F. Larrondo, Nathaniel P. Hoyle, John S. O』Neill & Gerben van Ooijen
Circadian clocks are fundamental to the biology of most eukaryotes, coordinating behaviour and physiology to resonate with the environmental cycle of day and night through complex networks of clock-controlled genes1, 2, 3. A fundamental knowledge gap exists, however, between circadian gene expression cycles and the biochemical mechanisms that ultimately facilitate circadian regulation of cell biology4, 5. Here we report circadian rhythms in the intracellular concentration of magnesium ions, [Mg2+]i, which act as a cell-autonomous timekeeping component to determine key clock properties both in a human cell line and in a unicellular alga that diverged from each other more than 1 billion years ago6. Given the essential role of Mg2+ as a cofactor for ATP, a functional consequence of [Mg2+]i oscillations is dynamic regulation of cellular energy expenditure over the daily cycle. Mechanistically, we find that these rhythms provide bilateral feedback linking rhythmic metabolism to clock-controlled gene expression. The global regulation of nucleotide triphosphate turnover by intracellular Mg2+ availability has potential to impact upon many of the cell’s more than 600 MgATP-dependent enzymes7 and every cellular system where MgNTP hydrolysis becomes rate limiting. Indeed, we find that circadian control of translation by mTOR8 is regulated through [Mg2+]i oscillations. It will now be important to identify which additional biological processes are subject to this form of regulation in tissues of multicellular organisms such as plants and humans, in the context of health and disease.