蓝藻生物节律性分子调控机制的研究进展

生物钟现象是一种普遍存在于生物界细胞的内源节律性保持机制。生物钟机制的存在可以使生物体的代谢行为产生并维持以24 h为周期的昼夜节律,从而更好地适应于地球自转所产生的环境条件昼夜间节律性变化。蓝藻是目前生物钟分子机制研究中的模式生物,其依赖于k ai基因家族成员的核心生物钟调控模式已经被众多研究者详细阐明。蓝藻生物钟的核心振荡器是由蓝藻k aiA/B/C的编码产物来调控的,Kai蛋白的表达模式具有节律性。KaiC蛋白磷酸化状态的节律性循环及输入、输出途径相关组成蛋白的翻译后修饰状态节律性循环共同组成其反馈回路,负责维持生物钟节律性振荡的持续进行并与环境周期保持同步。传统的蓝藻生物钟分子机制模型认为,节律性表达基因翻译产物的转录/翻译负反馈抑制环是生物节律性维持和输出的关键。遗憾的是,在其它物种生物钟分子机制研究中未发现由kai基因家族成员同源基因组成的节律性标签,这表明以k aiA/B/C为核心振荡器的生物钟系统并不是一种跨物种保守的生物钟系统。近期,人们发现非转录/翻译依赖的振荡器(NTO)也具有成为生物节律性产生和维持的“源动力”的可能。过氧化物氧化还原酶(PRX)氧化还原状态节律性是第一种被报道的跨物种保守的NTO节律性标签,这也日渐成为蓝藻生物钟分子机制研究新的热点。     

关于心脏生物钟

哺乳动物心脏活动具有明显的日周期节律现象,分子生物学证实心脏拥有完整的生物钟,具备所有的时钟基因以及时钟输出基因。生物钟节律紊乱和心血管疾病的发生及发展两者之间存在密切关系。如果利用药物纠正时钟基因的异常表达,对于心血管疾病的治疗可能发挥重要作用。     

生物钟信号调控的营养学

近日节律是生物界普遍存在的一种生理现象,而内源性生物钟是产生近日节律的物质基础,它能使生物体感知并适应环境中的光、温度和食物等周期信号,从而使生物体与外界环境保持周期同步。研究表明,葡萄糖、胆固醇、腺苷、咖啡因、维生素A和视黄酸等营养物质能通过各自不同的方式调控哺乳动物的生物钟,影响其近日节律的信号输出。本文概述了至今为止研究发现的各类与生物钟信号调控相关的营养物质及功能的相关研究进展。     

哺乳动物卵巢生物钟的研究进展

近年来,越来越多的研究发现生物钟系统在许多生理活动中,包括心血管、内分泌、免疫、生殖等系统的生理,都起着重要作用。随着2006年卵巢生物钟的发现,生殖系统生物钟成为新的研究热点。研究发现卵巢生物钟不仅影响排卵,而且还控制类固醇激素的释放。卵巢生物钟属外围生物钟,受到中央生物钟(SCN)神经内分泌信号的调控。还发现下丘脑-垂体-卵巢(HPG)轴上各水平都存在生物钟,HPG轴上各生物钟失同步影响生殖能力,这可能导致一些疾病发生的病因。本文总结近十年的关于卵巢生物钟的研究,列举哺乳动物卵巢生物钟存在的证据,并阐述生物钟在雌鼠正常生殖生理过程,及在生殖系统疾病病理过程中的作用及其分子机制。     

视网膜生物钟研究进展

昼夜节律生物钟是以24h为周期的自主维持的振荡器。在高等的多细胞生物中,生物钟可以分为母钟和子钟。研究表明哺乳动物的母钟位于下丘脑视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN),由此发出信息控制全身的节律活动;子钟位于组织细胞内,调控效应器的节律。在分子水平上,生物钟的振荡由自身调控反馈环路的转录和翻译组成,并接受外界环境因素的影响,通过下丘脑视叉上核(Suprachiasmatic Nucleus,SCN)中枢震荡器的同步整和而产生作用。视网膜是一种十分节律性的组织,许多生化的、细胞的和生理的过程都是以节律的方式来进行的,如视觉灵敏度、视网膜杆细胞外片层脱落和视网膜色素上皮细胞的吞噬作用、光受体中的视觉色素基因的快速表达等。生物钟存在于很多脊椎动物的视网膜中,被认为是一种外周生物钟。本文综述了视网膜生物钟,生物钟信号传输以及生物钟网络等的最新研究进展。     

近日节律调控机制与相关疾病研究进展

近日节律是生命体生理及行为变量遵循内源性的以接近1个太阳日的周期进行循环的生物过程,人体近日节律调控机制及其相关疾病研究已成为当前生物医学新兴领域和研究热点。过去二十年间,以生物钟基因及其相互作用环路为核心的一系列机制研究不断取得新的进展,初步形成了近日节律的分子模型,近年来,生物钟基因在染色体重塑、转录翻译调控、转录后修饰等多个层次的调控模式得到深入的研究。同时,近日节律失控与肿瘤、代谢紊乱等临床疾病的相关性及其影响机的转化研究日益增多,形成了新兴的时间医学。本文谨就近年来近日节律分子机制及其疾病相关研究的概况和最新进展做一总结。     

生物钟的基因调控

从细菌到哺乳动物的大多数生物都存在分子时钟,也就是生物钟。它的存在使生物的生理,生化,行为表现出以24小时为周期的节律性。本文从基因组成以及节律发生的分子机制等方面,对昼夜节街生物钟进行综述。     

进食行为调控外周生物钟节律的研究进展

哺乳动物的生物钟包括位于下丘脑视交叉神经上核中的中枢生物钟(central clock)以及外周组织生物钟(peripheral clock)。节律正常时,由中枢时钟决定的外周生物钟同时具有一定程度的独立性。食物牵引实验(food entrainment)证明改变进食时间(白天给食)可以完全逆转外周组织的节律,因此,对于外周组织,进食是一个重要的授时因子(synchronizer)。目前已报道多种进食相关信号调控外周生物钟基因的表达及节律。现就进食行为影响外周生物钟等方面的研究进行综述。     

钟基因clock功能的研究进展

近日节律(circadian rhythm)是指周期约为24小时的生物节律。作为一种内源性的生物计时系统,它调节动物的行为、生理和代谢等多个过程,从而使其适应昼夜环境变化。哺乳动物近日节律受包括CLOCK在内的多个分子组成的反馈环路调控,自身维持节律性震荡并受外界环境光和非光授时信号导引,最终输出信号调节生物学过程。本文简要综述了小鼠核心钟基因clock功能的研究进展。     

生物节律基因period3的研究进展

昼夜节律是所有真核生物和部分原核生物的基本特征,一组节律表达的生物钟基因形成24 h周期振荡的自主调节转录-翻译反馈回路。period（per）基因家族是生物钟反馈回路中重要组成成分,per3基因是period基因家族成员之一。人类的per3基因定位于染色体1p36,其编码区第18外显子中含有一个灵长类特有的串联重复序列（variable number tandem repeat,VNTR）。该VNTR包含一簇理论上的磷酸化位点,能影响PER3蛋白的磷酸化降解,影响PER3蛋白的功能。近年研究发现,per3基因多态性与睡眠结构、睡眠紊乱发病年龄、睡眠剥夺后次日清晨执行能力等密切相关。     

RNA甲基化依赖的RNA加工调控昼夜节律生物钟的速度

<正>哺乳动物的昼夜节律生物钟主要通过调控代谢开关或限速酶的表达来调节新陈代谢。真核生物的生物钟包括一个转录-翻译负反馈调节通路,通过这个通路,生物钟基因调节它们自身以及重要代谢基因的表达。多年前人们就已知道肝脏中大约10%的基因具有昼夜节律性,而近些年的RNA测序研究表明,在这些节律性的基因中,仅有大约五分之一是由从头转录所驱使的。这一发现提示对RNA剪接和加工的调控具有非常重要的生物学意义。     

肾脏生物钟研究概况

越来越多的证据表明生物钟(biological clock)对哺乳动物肾脏功能有重要的调控作用。首先,所有的核心时钟基因(core clock gene)在肾脏中都有表达,而且它们的表达水平表现出显著的近日节律(circadian rhythm);同时,小鼠肾脏相比绝大多数其它组织脏器表达有更多的钟控基因(clock controlled gene,CCG)。另外,肾血流量、肾小球滤过率、肾小管重吸收,以及激素分泌等多种肾脏生理过程呈现出昼夜节律的变化。最后,生物钟紊乱与多种肾脏疾病的进展和预后密切相关。本文将结合最新的一些研究工作从生理和疾病两个角度对肾脏生物钟进行简要综述。     

Bmal1基因与衰老的关系

Bmall（brain and muscle ARNT-like-1）基因是哺乳动物生物钟转录、翻译反馈环中的核心成分,以异源二聚体的形式在反馈环中发挥重要的正调节作用.该基因的发现使得生物钟的基因分子调控机制有了突破性进展;研究过程中发现,Bmal1基因可能同我们的衰老也有直接的联系.     

干旱对水稻生物钟基因和干旱胁迫响应基因每日节律性变化的影响

内源生物钟的节律运动不仅调控植物的生长发育,而且在调控植物响应和适应环境过程中发挥重要的作用。为了解水稻(Oryza sativa L.)干旱胁迫响应基因和生物钟基因在干旱条件下每日表达变化情况,本文利用实时荧光定量PCR方法研究旱稻品种IRAT109在干旱胁迫下相关基因的表达变化。结果表明,干旱胁迫导致早晨生物钟基因OsPRRs、OsLHY和OsZTL1的表达量显著下降,振幅减弱;同时导致夜晚生物钟基因OsTOC1、OsGI和OsELF3整体表达量升高,振幅增强,但对OsFKF1基因影响不大。同样,大部分水稻干旱胁迫响应基因在干旱胁迫后整体表达量显著升高,但OsDST基因表达量下降;同时大部分抗逆基因周期性表达被扰乱,但OsCIPK12、OsCDPK7和OsDREB1A依然保持24 h内震荡。本研究结果表明干旱胁迫能影响生物钟元件的基因表达,这种互相影响改变了部分基因每日的震荡变化。     

生物钟PRR蛋白促进拟南芥幼苗中花青素的合成

生物钟(circadian clock)是激发植物生理特征节律性表达，并使之维持稳定的保守内源调节机制。PRR(PSEUDO-RESPONSE REGULATOR)蛋白家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分，调控植物的种子萌发、下胚轴伸长和开花等多种生命过程。花青素(anthocyanin)是植物次生代谢产物，对植物的繁衍、生长发育和抵抗逆境胁迫具有重要作用。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为对象，探讨生物钟PRR蛋白对花青素生物合成的调控功能和分子机制。结果表明：(1)在PRR基因单突变体及多突变体幼苗中，花青素的积累明显降低，某些花青素合成相关基因的表达也显著降低。(2)相反，在PRR5过表达幼苗中，花青素的积累以及某些花青素合成相关基因的表达则显著升高。(3)蛋白相互作用结果显示，PRR5蛋白能与MYB75、TT8、MYB90及MYB113等花青素调控蛋白相互作用，并形成复合物。(4)遗传学分析结果显示，拟南芥PRR5诱导幼苗中花青素的合成依赖于MYB家族花青素调控蛋白。综上认为，生物钟PRR蛋白可能通过PRR5与MYB75、TT8等相互作用，促进拟南芥幼...     

哺乳动物生物钟的遗传和表观遗传研究进展

生物钟对生物机体的生存与环境适应具有着重要意义,其相关研究近年来受到人们的广泛关注。生物钟的重要性质之一是内源节律的周期性,当前的研究认为这种周期性是由生物钟相关基因转录翻译的多反馈环路构成核心机制调控着近似24 h的节律振荡。哺乳动物的生物钟系统存在一个多层次的结构,包括位于视交叉上核的主时钟和外周器官和组织的子时钟。虽然主时钟和子时钟存在的组织不同,但是参与调节生物钟的分子机制是一致的。近年来,通过正向、反向遗传学方法和表观遗传学的研究方法,对生物钟的分子机制的解析和认知愈发深入。本文在简单回顾生物钟基因发现历史的基础上,重点从遗传学和表观遗传学两个方面,从振荡周期的角度,对哺乳动物生物钟分子机制的研究进展进行了综述性介绍,以期为靶向调节生物钟来改善机体的稳态系统的研究提供参考,同时希望能促进时间生物学领域与更多其他领域形成交叉研究。     

生物钟基因介导卵巢功能调控的分子机制研究

地球的自转产生了以24 h为周期的昼夜节律,因此生物的生理过程和行为活动大都呈现一个近似24 h的周期节律改变,以适应环境的不断变化。昼夜节律在整体水平是一个系统性的调控,它的产生、维持和调控依赖于细胞内生物钟基因的震荡型转录翻译负反馈环路。研究表明,生物钟在卵巢动情周期和生殖系统发育过程中发挥重要作用。本篇综述主要阐述了自卵巢生物钟发现后的种种研究成果,包括卵巢生物钟对类固醇激素生成及排卵的影响,生物钟基因对生育能力的影响,以及生物钟调控与女性生殖系统疾病的相关性。     

本期重点推介

正生物的行为节律受生物钟基因的调控。在生物钟反馈回路中,生物钟基因per和tim作为核心激活因子具有极其重要的作用。梨小食心虫Grapholita molesta是一种世界性果树害虫。为了进一步明确生物钟基因对鳞翅目害虫羽化节律的调控作用及为开发基于发育行为节律调控的梨小食心虫防控方法提供新线索,中国农业大学昆虫学系方海波和李贞等在克隆获得梨小食心虫per和tim基因(Gmper和Gmtim)     

Sirt1与生物钟的相互调控

生物钟调控机制广泛存在于各种类型的细胞中,控制着细胞代谢的节律性变化.最近的研究发现,NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶Sirt1参与了生物钟调控过程,对维持正常的生物钟节律具有重要作用;另一方面,Sirt1的表达也受到生物钟系统的调控,呈现出昼夜节律性的表达.因此Sirt1能与生物钟进行相互调控,并且这一作用机制很可能广泛参与了不同类型细胞内的信号转导和能量代谢过程.本文总结了Sirt1与生物钟之间相互调控的一些研究进展,对它们之间的分子调控机制进行了概述.     

生物钟的转录后与翻译后水平调控进展

哺乳动物中的昼夜节律系统由位于下丘脑SCN核内的生物钟主钟和位于多数外周细胞中的子钟组成。在分子水平上,生物钟的节律振荡由生物钟基因及其编码蛋白的转录和翻译形成的自主的反馈环路组成,并接受外界因素的影响与环境周期保持同步。为此,就生物钟的调控机制而言,除了转录水平的基因表达调控外,生物钟转录产物和蛋白质的修饰也可以显著影响生物钟基因的表达时相。讨论了一些转录后与翻译后的修饰作用及其对生物钟的影响,并对其今后的研究方向作了展望。