光和食物信号对大鼠生物钟系统的协同调控研究

摘要

在哺乳动物中，生物钟广泛的分布于机体的各个组织器官中并组成了一个具有等级层次结构的生物钟系统。该生物钟系统主要由位于下丘脑视交叉上核(SCN)的母钟和位于SCN以外的其它脑组织和外周组织(肝脏和心脏等)的子钟组成。生物钟接受各种环境的时间信号，调整自身的时相，与外界环境保持同步。母钟主要通过视网膜下丘脑通路接受光周期信号的调控，并发出信息控制全身的节律活动；而对子钟而言食物信号可能是主要的时间调控信号，主要控制局部的生物节律。研究表明，生物钟的运转主要依赖于一组高度保守的生物钟基因及其编码蛋白组成的相互连锁的转录/转译反馈回路。为此，本研究将同时通过光照和食物两个最主要的环境授时因子对雄性Wistar大鼠进行刺激，然后利用实时定量RT-PCR技术对松果体、肝脏和心脏的生物钟基因表达和输出系统中受SCN母钟控制的褪黑激素分泌关键基因AANAT表达进行测定，分析在各种人为的时差条件下大鼠的整个生物钟构成系统的应对情况。 无论禁食还是单独改变喂食时间引起的食物信号刺激都不同程度的影响了松果体、肝脏和心脏的生物钟系统的基因表达时相。对于松果体生物钟来说食物信号只是起到微调的作用，而对于肝脏和心脏生物钟来说食物信号则是调控的主导信号。与此相反，由昼夜颠倒引起的光信号刺激能显著调控松果体生物钟，却对肝脏和心脏生物钟影响甚微。当光照周期和喂食时间发生同时颠倒时，两种信号的同时刺激明显加快了大鼠整个生物钟系统的同调速度，包括松果体、肝脏和心脏生物钟的同调速度以及生物钟输出系统中褪黑激素节律性分泌的同调速度。 本研究还发现通过24h暗期或者24h明期的过渡来颠倒光照周期模拟12h的时差条件，对松果体、肝脏和心脏中各生物钟基因和钟控基因AANAT的时相重置过程分别产生了不同的影响。首先，松果体生物钟的时相重置模式是受这两种不同的光周期颠倒方式影响的，体现在其生物钟负组分基因以及钟控基因AANAT的时相重置模式完全相反。而肝脏和心脏生物钟的时相重置模式在这两种情况下表现一致，表明光周期的颠倒方式差异不影响食物信号主导的外周生物钟的时相重置方式。其次，松果体、肝脏和心脏生物钟适应暗期颠倒的速度比明期颠倒更快，这说明通过暗期颠倒有利于生物体更快的适应时差。再次，在两种不同的光周期颠倒的条件下，正组分基因Bmall的时相重置模式在各个组织中均表现一致；负组分基因的时相重置模式在各个组织中各有差异，尤其是在松果体中负组分基因出现了时相恢复前的相位振荡现象和暂时的节律消失现象，表明正组分基因Bmall可能是时相重置的主要调控者，而其它负组分基因可能发挥着微调的作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表

声明

第一章引言

1.1生物钟简介

1.1.1生物钟的基本结构

1.1.2生物钟的分子基础

1.2生物钟的信号调控

1.2.1母钟的信号调控

1.2.2子钟的信号调控

1.3本研究的目的及内容

1.3.1研究的目的和意义

1.3.2研究的目标和内容

第二章光和食物信号对大鼠松果体生物钟的协同调控研究

2.1前言

2.2材料与方法

2.2.1实验材料

2.2.2实验设计与方法

2.2.3数据统计分析

2.3结果

2.3.2单一松果体中基因实时定量表达分析方法的建立

2.3.2在正常光照周期和喂食条件下，大鼠松果体生物钟基因的日周表达规律研究

2.3.3禁食对大鼠松果体生物钟的影响

2.3.4单独食物信号刺激对大鼠松果体生物钟的影响

2.3.5单独光信号刺激对大鼠松果体生物钟的影响

2.3.6光和食物信号协同刺激对大鼠松果体生物钟的影响

2.3.7食物信号刺激对由光信号引起的大鼠行为活动节律调控的影响

2.4讨论

2.5小结

第三章光信号对食物信号主导的大鼠外周生物钟的时相重置影响研究

3.1前言

3.2材料与方法

3.2.1实验材料

3.2.2实验设计与方法

3.2.3数据统计分析

3.3结果

3.3.1单独颠倒光照周期对大鼠肝脏和心脏生物钟基因表达规律的影响

3.3.2单独颠倒饮食时间对大鼠肝脏和心脏生物钟时相重置过程的影响

3.3.3同时颠倒光照周期和饮食时间对大鼠肝脏和心脏生物钟时相重置过程的影响

3.4讨论

3.5小结

第四章通过不同明暗刺激实现的生物钟时相重置过程的研究

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1实验材料

4.2.2实验设计与方法

4.2.3数据统计分析

4.3结果

4.3.1暗期颠倒光照周期和饮食习惯对大鼠松果体生物钟时相重置过程的影响

4.3.2明期颠倒光照周期和饮食习惯对大鼠松果体生物钟时相重置过程的影响

4.3.3明期或暗期颠倒光照周期和饮食习惯对大鼠肝脏生物钟时相重置过程的影响

4.3.4明期或暗期颠倒光照周期和饮食习惯对大鼠心脏生物钟时相重置过程的影响

4.4讨论

4.5小结

结论与创新点

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文