研究监测肝脏基因表达的空间变化与生物钟的关系

　　生物学中没有什么是静态的。生物过程随着时间的推移而波动，如果我们要把细胞、组织、器官等的准确图像放在一起，我们必须考虑到它们的时间模式。事实上，这种努力已经产生了一个被称为“时间生物学”的完整研究领域。

　　肝脏就是一个最好的例子。我们吃的或喝的所有东西最终都会在那里加工，将营养物质从废物中分离出来，调节身体的代谢平衡。事实上，肝脏作为一个整体受到广泛的时间调节，这种模式是由所谓的生物钟(我们身体的内部节拍器)、生化信号和饮食节奏精心安排的。

　　但实际上，肝脏被分成了被称为“小叶”的重复单元，其中不同的区域执行不同的功能。这种复杂的空间组织被称为“肝分区”。例如，在消化过程中，糖的分解优先发生在小叶的一侧，即所谓的中心区，而我们休息时从脂肪等储存中产生的葡萄糖则发生在肝脏的另一侧，即门静脉一侧。

　　到目前为止，肝脏分区研究只是静态的，研究每个区域独立于时间的作用，反之亦然。鉴于肝脏在哺乳动物生理学中的中心地位，这两种研究方法必须共同努力，以了解肝脏程序的时间和空间如何相互作用。

　　在一项史无前例的研究中，由EPFL生命科学学院的Felix Naef教授和Weizmann科学学院的Shalev Itzkovitz教授领导的EPFL和Weizmann科学研究所的科学家们已经能够监测肝小叶内基因表达的空间变化与生物钟的关系。研究这种联系是Naef研究的重点，该研究之前已经发现了生物钟与肝脏蛋白质、细胞周期甚至染色质(细胞核中紧密包装的DNA)的3D结构之间的联系。

　　这项研究由epfl和weizmann联合资助，由罗斯柴尔德凯撒利亚基金会资助。

　　通过利用分析每个单个细胞中的肝组织的能力，研究人员在24小时内的几个时间点研究了肝细胞中的大约5000个基因。然后，他们用一个模型对他们发现的时空模式进行统计分类，该模型可以捕捉信使RNA (mRNA)水平的时空变化，信使RNA是基因表达的标志。

　　研究表明，肝脏的许多基因似乎是分区的和有节奏的，这意味着它们受到肝脏位置和一天中的时间的调节。这些双调控基因大多与肝脏的关键功能有关，例如脂质，碳水化合物和氨基酸的代谢，但也包括一些从未与代谢相关的基因，例如与伴侣蛋白相关的基因，这些基因帮助其他生物分子改变其3D结构甚至组装和拆卸。