UT西南大学的科学家开发了一种基因工程小鼠和成像系统，使他们可以观察小鼠细胞类型的昼夜节律变化。该方法在线发表在《神经元》杂志上，提供了新的见解，了解哪些脑细胞在维持人体的主要生物钟中很重要。但是他们说，这种方法对于回答关于人体细胞日常节律的问题也将广泛有用。

UT西南医学中心神经科学系主任，UT西南医学的Peter O'Donnell Jr的成员，研究负责人Joseph Takahashi博士说：“这对于推进昼夜节律的研究是非常重要的技术资源。”脑研究所，以及霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的调查员。“您可以将这些鼠标用于许多不同的应用程序。”

人类和小鼠中几乎每个细胞都有一个内部昼夜节律，大约在24小时周期内波动。这些细胞不仅可以决定饥饿和睡眠周期，还可以决定生物学功能，例如免疫力和新陈代谢。昼夜节律时钟的缺陷与癌症，糖尿病和阿尔茨海默氏病以及睡眠障碍有关。长期以来，科学家一直知道，大脑的一小部分-视交叉上核(SCN)-将来自眼睛的有关环境亮暗周期的信息与人体的主时钟整合在一起。反过来，SCN有助于使体内其余细胞保持彼此同步。

使SCN成为一种非常特殊的时钟的原因在于它既坚固又灵活。这是一款非常强大的起搏器，不会失去时间，但同时可以适应季节，更改日长或在时区之间旅行。”

约瑟夫·高桥博士，UT西南医学中心神经科学系主任

为了研究SCN和身体其他部位的昼夜节律时钟，高桥的研究小组先前开发了一种小鼠，该小鼠具有PER2的生物发光版本-PER2是一种关键的昼夜节律蛋白，其水平会在一天中波动。通过观察生物发光水平的变化，研究人员可以看到PER2在白天如何在动物体内循环。但是蛋白质几乎存在于人体的每个部位，有时很难区分在同一组织中混合在一起的不同细胞类型之间昼夜节律的差异。

高桥说：“例如，如果观察大脑切片，几乎每个单个细胞都具有PER2信号，因此您无法真正区分任何特定PER2信号的来源。”

在这项新工作中，科学家们通过使用一种新的生物发光系统克服了这个问题，该系统仅在表达特定基因Cre的细胞中将颜色从红色变为绿色。然后，研究人员可以对小鼠进行工程改造，使一次不在小鼠细胞中自然发现的Cre一次只能出现在一种细胞中。

为了测试这种方法的实用性，Takahashi和他的同事研究了组成大脑SCN的两种类型的细胞-精氨酸加压素(AVP)和血管活性肠多肽(VIP)细胞。过去，科学家假设VIP神经元是保持SCN其余部分保持同步的关键。

当研究小组研究VIP神经元时-仅在那些细胞中表达Cre，使PER2在VIP细胞中呈绿色发光，而在其他地方呈红色-他们发现，从神经元中去除昼夜节律基因对VIP神经元的昼夜节律几乎没有总体影响，或SCN的其余部分。“即使VIP神经元不再具有运行时钟，其他SCN的行为也基本相同，” UTSW研究科学家，该研究的主要作者Yongli Shan博士解释说。他说，附近的细胞能够向VIP神经元发出信号，使它们与SCN的其余部分保持同步。

但是，当他们在AVP神经元上重复相同的实验-删除关键的时钟基因时-不仅AVP神经元本身显示出节律紊乱，而且整个SCN均以其通常的24小时节律停止同步循环。

Shan表示：“这向我们显示，AVP神经元的时钟对于整个SCN网络的同步确实至关重要。” “这是一个令人惊讶的结果，而且有点违反直觉，因此我们希望它能导致有关AVP神经元的更多工作向前发展。”

高桥说，其他研究昼夜节律的研究人员已经要求他的实验室的小鼠系研究其他细胞的每日周期。他说，这些小鼠可能使科学家们可以研究单个器官内细胞类型之间昼夜节律的差异，或者研究肿瘤细胞与健康细胞的循环方式如何不同。

“在各种复杂或患病的组织中，这可以让您看到哪些细胞具有节律，以及它们与其他细胞类型的节律如何相似或不同。”

高桥先生担任Loyd B.Sands神经科学杰出主席。