小鼠视交叉上核内VIP,GRP和AVP神经元在昼夜节律功能中的作用研究

The hypothalamic suprachiasmatic nucleus is the central clock controlling daily rhythms in body temperature,behavior and endocrine functions. The retina directly projects to the SCN, a pathway mediating the phase-adjusting effect of light to the circadian clock. The SCN contains distinct types of neurons that are characterized by the expression of specific neuropeptide such as VIP, GRP and AVP.Those neurons have distinct anatomical locations within the SCN. They were differentially innervated by the retina. Those neurons probably also play different roles in clock output functions. To dissect the specific roles played by different types of SCN neurons in clock entrainment and output is an important task in circadian rhythm research.In this project，our research group plans to use Cre transgenic mice and conditional gene expression technology to tackle this task. Our group plans to achieve specific activation of distinct SCN neuronal types via conditional DREADD expression,to ablate specific types of SCN neurons via conditional DT-A expression, and to knock out the essential clock gene Bmal1 in different types of SCN neurons using the conditional Bmal1 knockout mouse. The effects of those experimental manipulations to circadian rhythms is going to be analyzed via behavioral and body temperature recordings. The results will serve to advance the understanding of mechanisms for SCN phase adjustment and and output functions.

下丘脑的视交叉上核（SCN）是控制动物的体温，行为及内分泌活动的昼夜节律的中枢生物钟。视网膜对SCN的投射介导光照对生物钟的相位调整。SCN神经元表达VIP，GRP和AVP等神经多肽。这些神经元通常处于SCN的特定部位，在接受视网膜投射和介导SCN钟功能的输出方面也存在差异。如何区分这些神经元在SCN相位调整和功能输出方面的作用是生物钟研究领域的重要问题。在本项目中，项目组将利用Cre转基因小鼠，通过条件性表达DREADD技术实现对VIP，GRP和AVP神经元的特异性激活；通过条件性表达白喉毒素A链杀死特异类型的SCN神经元；利用条件性Bmal1敲除小鼠实现Bmal1在SCN特异神经元内的敲除。将通过对动物体温和行为的监控，研究以上实验操作对动物生物钟功能的影响。项目研究结果将有助于推进对SCN相位调整和功能输出机制的深入理解。

在项目的资助下以及通过与国内同行的合作，项目组对Vip-cre和Avp-cre小鼠进行了初步的鉴定，两名从事该项目研究的学生获得了硕士学位。由于在该研究方向上存在激烈竞争（主要是在国际上），其它国家的几个研究小组从事了与项目所涉及的研究内容相似的研究工作。其所取得的研究成果也大体上验证了项目组提出的假设。但由于项目组实验室在人力和资源上所受到的限制，导致无法更快的完成类似实验，目前也无法取得更为成熟的实验结果并在高水平的杂志上发表。.项目组在资助期间也从事了其它的研究工作。.研究了小鼠肝脏生物钟对线粒体功能的调控，发现在年青小鼠中生物钟调控对线粒体相关基因的表达以及氧化应激水平的节律性昼夜变化。但是在年老小鼠中，虽然钟基因仍有较为正常的表达节律, 一些线粒体相关基因的表达确发生了显著变化，氧化应激水平的节律性昼夜变化也发生明显紊乱。这一结果提示线粒体功能受到生物钟和其它年龄依赖因素的共同调控。项目组正在进行相关的后续研究。.转录水平的节律对于基因表达和细胞水平节律的产生至关重要。项目组通过Pol II ChIP-seq和Pol II在TSS区和gene body区结合情况的定量分析，发现这两个参数经常出现非同步的的昼夜变化，通常只有gene body区的Pol II结合强度能如实反映钟基因和钟控基因转录水平的昼夜变化。进一步对Pol II 的traveling ratio（TR）分析表明，7000多个基因的TR在一天之内会发生大于1.5倍的显著变化，表明小鼠肝脏基因组内Pol II pausing的调控是广泛存在的。对Tbp的ChIP-seq分析表明，Pol II的招募在转录中主要起到了间接的作用，而pause release和转录提前终止机制的相互作用在决定Pol II的pausing状态以及转录水平中起到了至关重要的作用。项目组正在进行相关的后续研究。