斑马鱼中性粒细胞节律性招募的生物钟机制研究

Circadian clock is an endogenous oscillator that accommodates the organisms to the environmental changes of day-night cycle. As a crucial factor to numerous biological functions, circadian clock was also shown to regulate certain immune activities in nocturnal rodents in previous studies. Since much of the underlying mechanisms has not been explicitly explored and the circadian clock of rodents is the reverse of human, we choose zebrafish, a diurnal vertebrate, to further study the role of circadian clock in neutrophil behavior. According to our published results, the neutrophil recruitment after injury displays a significant day-night fluctuation, and endogenous melatonin plays a pivotal role in it. Considering the strong regulation of circadian clock on the secretion of melatonin, it’s quite natural to ask whether circadian clock also influences neutrophil recruitment. Specifically, one of the important clock genes period1b will be our research focus. Taking advantage of the translucency of zebrafish larvae, the whole process of neutrophil recruitment will be in vivo imaged in living animals, followed by molecular analysis of the effect and mechanisms of period1b on neutrophil’s rhythmic behavior. In summary, this project uses a diurnal model to study the regulatory mechanisms of a clock gene (period1b) on the behavior of an immunocyte (neutrophils). It will provide valuable insight into the correlation of these two important physiological elements, and extend the range of circadian study at the same time.

生物钟是机体长期进化形成的一种内源性机制，对个体维持正常生理功能发挥至关重要的作用。先前的研究利用夜行性啮齿类动物模型证明生物钟可以调节免疫系统的部分功能，但对中性粒细胞的影响及具体的调节机制都尚不清楚，研究尤其缺乏一个理想的昼行性动物模型，因此本课题拟以昼行性动物斑马鱼为模型来研究生物钟对中性粒细胞节律性招募行为的影响。申请人早期的研究发现中性粒细胞在应对损伤诱导的招募过程中表现出明显的节律性，并且证明内源性褪黑素在该过程中发挥重要作用。鉴于褪黑激素是一种受生物钟调控的内分泌激素，因此我们想进一步探究生物钟基因是否也参与了对该过程的调控。本项目主要以活体成像的方式来研究钟基因period1b对中性粒细胞节律性行为的影响，并进一步通过分子生物学手段探究该过程的相关机制。本项目以昼行性动物斑马鱼为模型在位研究生物钟基因对中性粒细胞的影响，将有助于丰富该领域的研究内容。

生物钟是机体长期进化形成的一种内源性机制，对个体维持正常生理功能发挥至关重要的作用。中性粒细胞是先天免疫细胞最主要的成员类型之一，大约占到白细胞总数40%-60%。先前的研究利用夜行性啮齿类动物模型证明生物钟可以调节免疫系统的部分功能，但其对中性粒细胞的影响及具体的调节机制都尚不清楚，研究尤其缺乏一个理想的昼行性动物模型，因此本课题主要以昼行性动物斑马鱼为模型来探究生物钟对中性粒细胞节律性招募行为的影响。本项目以活体成像的方式发现了中性粒细胞的定向招募能力存在明显的昼夜节律差异，进一步通过基因编辑等分子生物学手段探究了生物钟基period1b和period2在中性粒细胞节律行为（钟基因表达、细胞因子分泌、中性粒细胞招募）中的不同作用，并证明了NF-κB信号通路在该过程中的重要作用。本项目以斑马鱼模型为缩影，在昼行性动物上提供一些中性粒细胞节律性招募的相关数据，从而补充该领域之前的研究内容，并能和之前的研究结果起到相互印证的作用，同时也符合人类对个性化医疗的迫切需要。