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近日节律控制哺乳动物各种各样的行为和生理过程,比如:摄食和排泄、睡眠和觉醒、学习和遗忘、激素合成和分泌。动物可以因强健的近日节律适应特定的时间-空间生态位。视交叉上核(SCN)高表达的神经肽对组织日节律的SCN神经元之间的交流和偶联是很关键的,但是这些神经肽自身表达如何调节还不清楚。我们发现不均一核内核糖核蛋白U(hnRNPU)是SCN神经元之间同步化的关键。据报道,hnRNPU是一个RNA结合蛋白,参与pre-mRNA的可变剪接,snRNA的加工,以及成熟mRNA的降解。另外,有报道称缺失染色体1q43片段的病人患有严重睡眠障碍,此处即为人类hnRNPU基因定位处。但是,hnRNPU还缺乏调节动物节律的直接证据。于是,我们构建了 hnRNPU敲除小鼠。突变纯合子(Hnmpu-/-)小鼠是胚胎致死的,杂合子(Hnrnpu+/-)小鼠表现出严重的节律瓦解。仅仅敲除一个拷贝的Hnrnpu就会导致近日节律的不稳定和松散:主要表现为自发活动的片段化和脆弱化。Hnmpu+/-小鼠的整体自发活动下降。而且,70%的Hnmpu+/-小鼠在白天比Hnrnpu+/+小鼠运动更多。另外的30%甚至完全没有节律。一致的是,Hnrnpu+/-小鼠的能量代谢是异常紊乱的。Hnrnpu+/-小鼠的氧气消耗、二氧化碳呼出和产热在晚上都明显低于Hnrnpu+/+小鼠。而食物摄取和呼吸商却表现出很大的相位移动。Hnrnpu+/-小鼠的核心体温在白天比Hnrnpu+/+高,在晚上比Hnmpu+/+低:结果体温节律振幅减小。有两个可能的因素影响生物节律稳定性:1,主起搏器内的分子钟负反馈环自身强健性;2,主起搏器和外周振荡器的偶联程度。一方面,我们检测了核心钟基因,但是没有检测到Hnrnpu+/-和Hnrnpu+/+小鼠之间有差异。另一方面,我们检测了 6个经典SCN高表达神经肽。其中5个:血管活性肠肽(Vip)、精氨酸后叶加压素(Avp)、神经介素S(Nms)、脑啡肽(Enk)以及胃泌素释放肽(Grp)在Hnrnpu+/-中被抑制,即便Hnmpu+/-和Hnrnpu+/+和的SCN尺寸和边界都没有差异。另外,hnRNP URNA干扰抑制细胞中Avp-启动子和Vip-启动子驱动的荧光素酶活性。我们进行了光脉冲诱导相位移动实验,发现Hnrnpu+/-小鼠对CT13-14的白光脉冲应答有困难。然后,我们在SCN进行Avp和Vip的微量注射,发现Hnmpu+/-小鼠表现出跟Hnmpu+/+小鼠相似的敏感性,这说明它们的下游信号通路是正常的。我们使用hnRNP U、Bmal1和Clock抗体在高浓度血清休克的SCN2.2细胞系上进行染色质免疫沉淀实验,发现hnRNPU对Avp和Vip启动子的结合是相位依赖的。另外,hnRNP U敲降明显抑制Bmal1和Clock对Avp和VipE-box的结合。而且,hnRNP U、Bmal1和Clock周期性地形成复合物:在休克后12-20小时结合在一起,24-32小时分离,36-44小时再次结合。总的来说,我们的发现证明了 hnRNP U与Bmal1和Clock 一起结合在Avp和Vip的启动子上,直接调节它们在SCN中的表达。然后,SCN将生物钟的精确性和稳健性传递到身体其他部分。