肝脏是如何按照昼夜节律跳舞的

随着昼夜循环，肝脏有自己的代谢节奏。EPFL和Nestlé健康科学研究所的科学家们使用尖端的蛋白质组学，现在已经确定了500多种肝脏蛋白质，这些蛋白质在细胞核中一天的时间内会发生丰度变化，开辟了新陈代谢的新维度。

发生在我们体内的生物过程远不是静止的，相反，它们的节奏大部分是由一个内部的24小时生物节拍器决定的，这个节拍器被称为“生物钟”。在每个昼夜循环中，许多生理过程都遵循由这个时钟编排的振荡波，使它们能够适应和预测身体在一天中特定时间的需求。EPFL的科学家们现在使用尖端的蛋白质组学来监测大脑中超过5000种不同蛋白质的短暂积累核的鼠标肝细胞他们已经确定了超过500个与24小时周期有关的基因。这项研究发表在细胞代谢就规模和分辨率而言，这是该领域的第一个，对我们理解节奏之间的相互联系具有重要意义吗新陈代谢和营养。

生物学受到时间的影响

我们的身体遵循着昼夜循环，通过微调代谢过程来适应一天中的不同时间——这就是为什么我们可以在晚上睡几个小时而不饿，但在早餐后几乎无法忍受八个小时，或者为什么时差有时会导致消化问题。这种振荡是“时间生物学”的焦点，这是一个研究领域，研究生物功能是如何按时间组织的，以及当时间组织被扰乱时疾病是如何产生的。

这种新陈代谢的调节与我们的基因产生蛋白质的方式有关。许多基因通过调节它们产生蛋白质的速度来遵循我们的生物钟，了解哪些基因这样做将有助于我们了解新陈代谢在一天中的变化。不幸的是，尽管人类基因组在十多年前就被绘制出来了，但研究基因如何在时间尺度上控制蛋白质的生产仍然很困难，这主要是因为细胞中存在的蛋白质数量太多了。

500种肝脏蛋白质受昼夜循环影响

EPFL的Felix Naef和Nestlé健康科学研究所的Frédéric Gachon现在在我们对时间依赖性代谢的理解上取得了突破。仅研究肝细胞的细胞核，科学家们确定了5000种蛋白质，其中500多种在昼夜周期中受到影响;更具体地说，蛋白质在一天的过程中进入和离开细胞核。此外，他们还发现，DNA修复、核糖体生物发生、细胞周期和染色体调节(多倍体)等关键细胞功能也受到昼夜调节的影响。

为了抵消蛋白质组的巨大复杂性，研究人员只关注细胞核而不是整个细胞。细胞核是基因产生蛋白质的地方，然后这些蛋白质被送到细胞的各个位置。因此，细胞核对环境和生化信号非常敏感，并可以通过控制将这些信号转化为分子反应蛋白质生产。

科学家们使用生化技术从有和没有功能的小鼠的肝细胞中分离出细胞核生物钟．分离出细胞核后，他们从中提取了所有的蛋白质，并用质谱分析。

先进的蛋白质组学

就像基因基因组学一样，蛋白质组学是数字生物学的一个领域，在这个领域中，计算机被用来创建生物体蛋白质的完整集的详细数据库和地图。科学家们使用了一种称为SILAC的技术，结合高分辨率蛋白质组学，可以有效地量化蛋白质——在这种情况下，蛋白质在24小时周期内的不同时间点在细胞核中被量化。通过这样做，他们能够全面了解昼夜周期如何影响肝核中的蛋白质积累。”

虽然许多研究都是静态地处理生理功能，但我们的时间方法给了我们前所未有的见解，让我们了解新陈代谢是如何在一天内循环的，”Felix Naef说。“我们惊讶地发现，肝脏的核功能如此广泛地受到昼夜和进食周期的影响。”

“这项研究还表明，这种定量蛋白质组学方法是系统分析细胞功能的绝佳工具，”Frédéric Gachon说。“这用传统的蛋白质组学技术是不可行的。”