本研究的研究人员在前期的工作中建立了特异标记视网膜-视顶盖突触的转基因斑马鱼模型[9]，在本研究中则是利用该模型来探究突触发生是否具有昼夜节律性。

首先，研究人员将出生后的斑马鱼幼鱼放在正常亮暗光照条件下，经过四天的训练或牵引（entrainment）后，开展以6小时为时间间隔、持续两天的长时程成像。分析发现突触数量的增长速率存在白天快、夜晚慢的昼夜振荡（图1a,b）。这一振荡现象在亮暗光照牵引后转入持续亮或持续暗的光照条件（图1c），或者经过反向的暗亮光照条件（图1d）牵引后都能保持，而在生物钟基因突变体（clocka^-/-）中消失（图1e），提示这一振荡受到内源生物钟系统调节，具有昼夜节律性。

进一步，研究人员通过高时间分辨率成像分析突触发育的动态过程，发现这一节律是由突触形成（synapse formation）而非突触消除（synapse elimination）速率的昼夜差异造成的（图1f）。

接着，研究人员发现突触生长速率的节律性在下丘脑食欲素能（hypocretin/orexin）神经系统（图1g）功能阻断后消失（图1h），提示该系统参与调节突触发育节律现象。最后，研究人员通过生物钟基因突变或食欲素能神经元受体突变破坏突触发生的节律性，发现可以造成视网膜神经节神经元轴突分枝变大、复杂度降低，突触数量减少、在轴突分枝区域中的密度降低和排布不均衡的结构变化（图1i）；同时通过检测突触后视顶盖神经元的感受野，发现其感受野发生了与突触前神经元轴突分枝变大相呼应的增大现象（图1j），即其视锐度功能发育受到影响。

图1 发育早期突触发生的昼夜节律性工作的主要结果和工作模型

此研究工作一方面揭示了生物钟对生物体早期发育过程也具有调节作用，扩展了生物钟的功能谱；另一方面，揭示了神经系统环路发育过程中的一种新的调节机制。工作中发现的参与睡眠-觉醒调节的下丘脑食欲素能神经元作为生物钟的下游参与调节此节律现象，为研究生物钟与睡眠-觉醒的相互作用以及生物钟的输出路径提供了新的研究思路（图1k）。

FV1000正置

FV3000正置

原文：

Circadian regulation of developmental synaptogenesis via the hypocretinergic system | Nature Communications

参考文献

1. Musiek, E. S. & Holtzman, D. M. Mechanisms linking circadian clocks, sleep, and neurodegeneration. Science (80-. ). 354, 1004–1008 (2016).

2. Thosar, S. S. & Shea, S. A. Circadian control of human cardiovascular function. Curr. Opin. Pharmacol. 57, 89–97 (2021).

3. Scheiermann, C., Gibbs, J., Ince, L. & Loudon, A. Clocking in to immunity. Nat. Rev. Immunol. 18, 423–437 (2018).

4. Reinke, H. & Asher, G. Crosstalk between metabolism and circadian clocks. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 20, 227–241 (2019).

5. Dekens, M. P. et al. Light regulates the cell cycle in zebrafish. Curr Biol 13, 2051–2057 (2003).

6. Dickmeis, T. et al. Glucocorticoids play a key role in circadian cell cycle rhythms. PLoS Biol. 5, 854–864 (2007).

7. Myers, E. M., Yu, J. & Sehgal, A. Circadian Control of Eclosion: Interaction between a Central and Peripheral Clock in Drosophila melanogaster. Curr. Biol. 13, 526–533 (2003).

8. Dan, H., Ruan, T. & Sampogna, R. V. Circadian Clock Regulation of Developmental Time in the Kidney. Cell Rep. 31, 107661 (2020).