基于单细胞测序及限时饲喂研究骨髓生物钟及概日节律

Circadian clock regulates most, if not all, important biological processes. It is long known that disturbing circadian clock harms the health. We could benefit from considering circadian clock in daily life and medical practice. Circadian clock could be entrained by day-night light rhythm and other time cues such as feeding rhythm. One of our recent study showed that the circadian clock of skin could be entrained by time-restricted feeding while the rhythm of cell proliferation was not, which suggests an mechanism for the negative effect of irregular life. When eating at abnormal time, different biological processes are differentially entrained and their coordination is disturbed. More conflict brings more damage. In this project, we are going to use bone marrow as a model, employ single-cell sequencing and time-restricted feeding to study the circadian clock, gene expression and cell proliferation rhythm, in a cell-type-specific manner.

生物钟广泛地调节着生命活动和细胞过程，扰乱生物钟有损健康。而认识并遵循生物钟则可在保健和医疗中取得更好的效果。生物钟除了受到昼夜光照节律的校对以外，也受到诸如进食节律等授时因子的校对。我们最近的研究显示，皮肤的生物钟、基因表达节律等受到进食节律的校对，而皮肤细胞增殖节律并未受到校对。这说明，由于生物钟及不同生物过程的节律受到进食节律的校对不同，当进食时间异常时，导致原本协调的节律不再协调，从而引发健康问题。为了更进一步研究生物钟与细胞增殖等生物学过程的节律的校对和调节机制，本项目以骨髓为模型，采用单细胞测序及限时饲喂的手段，对不同类型骨髓细胞生物钟、基因表达节律、细胞增殖节律进行研究。

进食时间异常对身体健康不利，一些研究提示这是因为不同生物过程的昼夜节律受到进食节律的校对不同，异常时间进食导致原本协调的过程的昼夜节律不再协调。这个过程发生在细胞内部还是细胞之间却还有待深入研究。本项目对小鼠骨髓进行了昼夜时间序列单细胞转录组测序，研究了细胞类型在骨髓细胞中所占比例随昼夜时间的变化，核心生物钟基因、具有昼夜节律的基因在不同细胞类型中的表达差异，细胞所处细胞周期时相与昼夜节律基因之间的关系，试图阐述生物学过程与基因表达的昼夜节律在单细胞水平的相关关系。本项目研究了限时饲喂对小鼠骨髓转录组及其昼夜节律的影响，比较了基因之间的节律差异、表达量差异，对涉及到的生物学过程进行了分析。另外，本项目还参照文献制备了COMPASS（连续开放小鼠活动和睡眠状态表型测定）系统，并对限时饲喂对小鼠运动及睡眠的昼夜节律的影响进行了研究。本项目的研究结果增进人类对骨髓生物钟与昼夜节律的认识。