2015年8月17日訊 /生物谷BIOON/ --近日，來自美國西北大學的神經科學家利用果蠅和小鼠進行研究發現了動物體內生物鐘究竟如何發揮作用，在早上將其喚醒又在晚上使其睡去。相關研究結果發表在國際學術期刊cell上。
許多研究證明生物鐘的作用機制類似於燈的開關。而在這項最新研究中，研究人員終於找到了這一開關，他們在控制節律的大腦神經元中發現，白天的時候鈉離子通道活性很強能夠使細胞變得活躍，最終喚醒動物，而高活性的鉀離子通道能夠在晚上使細胞發生靜息，讓動物睡去。並且，研究人員還發現在果蠅和小鼠中存在相同的睡眠循環機制。
研究人員指出，這表明調節睡眠循環的隱藏機制可能非常古老，這種循環機制可能已經在進化上保存了幾百萬年，如果在小鼠身上也存在這種機制，那麼很有可能在人類身上也會存在。
研究人員將這種機制稱為"自行車"機制：兩個腳踏板在一天24小時內交替上下，向神經元傳遞重要的時間信息。而這兩個腳踏板--鈉離子通道和鉀離子通道--在比較簡單的果蠅體內和更加複雜的小鼠體內都保持活躍是讓人出乎意料的。
在該項研究伊始，研究人員對於果蠅的節律神經元活性是否會隨一天內不同時間發生變化心存疑問，通過研究他們發現果蠅體內存在很強的節律性：早上的時候神經元活性很強，晚上的時候神經元活性就會變弱。對其中機制進行研究發現，當神經元鈉離子通道活性增強，神經元就會活動增加，將動物喚醒，而當鉀離子通道活性增強，神經元就會靜息下來，促進動物睡眠，這種鈉離子和鉀離子通道的平衡調節了動物的節律行為。隨後，研究人員利用更加接近人類的小鼠模型進行研究也發現了相同的機制。
這項研究為人們更好地理解節律調節機制提供了重要信息，對於尋找治療與飛行時差，換班工作等有關的睡眠障礙的靶向目標，開發治療藥物具有重要意義。（生物谷Bioon.com）
A Conserved Bicycle Model for Circadian Clock Control of Membrane Excitability
Matthieu Flourakis1, Elzbieta Kula-Eversole1, Alan L. Hutchison2, Tae Hee Han1, Kimberly Aranda3, Devon L. Moose4, Kevin P. White5, Aaron R. Dinner2, Bridget C. Lear4, Dejian Ren3, Casey O. Diekman6, Indira M. Raman1, Ravi Allada
Circadian clocks regulate membrane excitability in master pacemaker neurons to control daily rhythms of sleep and wake. Here, we find that two distinctly timed electrical drives collaborate to impose rhythmicity on Drosophila clock neurons. In the morning, a voltage-independent sodium conductance via the NA/NALCN ion channel depolarizes these neurons. This current is driven by the rhythmic expression of NCA localization factor-1, linking the molecular clock to ion channel function. In the evening, basal potassium currents peak to silence clock neurons. Remarkably, daily antiphase cycles of sodium and potassium currents also drive mouse clock neuron rhythms. Thus, we reveal an evolutionarily ancient strategy for the neural mechanisms that govern daily sleep and wake.