昼夜节律与能量代谢

地球上大多数生物存在内源性的昼夜节律生物钟,它使得生物个体能够预知环境中由于地球自转产生的周期性昼夜变化。这种预知性使得生物个体的内在生理节律与周围环境的变化周期保持一致,从而能够更有效地从周围环境中摄取能量,在体内更高效地利用能量,亦即更好的适应环境以获得进化上的优势。生物钟能够广泛调控哺乳动物的睡眠、进食和代谢等多个方面的行为和生理功能,生物钟的破坏与多种代谢疾病相关;同时代谢过程和进食行为也能反过来调控生物钟。近年来对生物钟的不断研究加深了人们对肥胖和糖尿病等代谢疾病的理解,为这些疾病的治疗提供了新的思路和方法。本文主要综述哺乳动物生物钟与能量代谢之间的关系及研究进展。     

生物发光成像无损伤研究植物生物钟的方法

植物生物钟系统是植物为了适应地球自转进化出的以约24小时为周期的分子系统, 通过感知并整合外界周期性变化的环境信号进而协调细胞内相应基因的表达和能量状态, 赋予植物对生存环境的适应性并参与调控多个植物生长发育过程。目前, 越来越多的研究聚焦于解析植物生物钟的分子机制, 基于此也衍生出很多研究生物钟表型的方法。该文在总结已有生物钟检测方法的基础上, 重点介绍生物钟表型实验中最常用且比较稳定可靠的实验方法, 以期为生物钟的表型研究尤其是生物钟机制研究提供技术支持与借鉴。     

生物发光成像无损伤研究植物生物钟的方法

植物生物钟系统是植物为了适应地球自转进化出的以约24小时为周期的分子系统,通过感知并整合外界周期性变化的环境信号进而协调细胞内相应基因的表达和能量状态,赋予植物对生存环境的适应性并参与调控多个植物生长发育过程。目前,越来越多的研究聚焦于解析植物生物钟的分子机制,基于此也衍生出很多研究生物钟表型的方法。该文在总结已有生物钟检测方法的基础上,重点介绍生物钟表型实验中最常用且比较稳定可靠的实验方法,以期为生物钟的表型研究尤其是生物钟机制研究提供技术支持与借鉴。     

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。     

生物钟节律与肝脏代谢稳态

生物钟(circadian clock)是机体内在的自主性计时系统,包括视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)中枢生物钟与各组织外周生物钟。分子生物钟的核心机制包括CLOCK/BMAL1二聚体诱导抑制因子CRYs和PERs的转录,CRYs/PERs复合物反馈抑制前者转录活性,进而使这些生物钟核心因子以及节律输出基因的转录水平呈24 h振荡的反馈调节核心环路,以及REV-ERBα和RORα调控BMAL1转录的补充环路。机体大约80%的蛋白编码基因表达呈现明显的昼夜节律性特征,生物钟系统使生物能够适应地球自转所产生的昼夜节律(近日节律),使机体的代谢平衡与能量相互协同。生物钟与代谢稳态相互依存、互为基础,使机体能够高效利用能量,协同机体不同组织,快速适应内外环境变化。肝脏作为机体代谢的中枢器官,其进行的各种生理活动几乎都受到生物钟的控制。生物钟与肝脏代谢调控之间存在多重交互调控机制,两者的交互平衡失调是代谢性疾病的高风险因素。本文主要就肝脏的糖、脂和蛋白质代谢的节律性调控进行了综述,并强调了线粒体功能的振荡,讨论了肝脏代谢对生物钟的反馈调节,并对生物钟研究方法和应用进行展望。     

粗糙脉孢菌及其他真菌中生物钟系统研究进展

地球自转形成的昼夜交替促使地球上的生物在体内进化出了能够测量时间的"生物钟"系统,此系统由输入途径、核心振荡器和输出途径3部分组成。"光逃避"假说为生物钟的进化提供了一种合理的解释。作为研究生物钟的理想模式生物之一,粗糙脉孢菌生物钟的核心振荡器是由正调控因子WC-1、WC-2和负调控因子FRQ、FRH组成的一个基于转录/翻译的负反馈调控环路。输入途径感知光照、温度等环境信号并将其传递到核心振荡器,进而调控下游一系列钟控基因表达,输出昼夜节律。此外,粗糙脉孢菌中还存在不依赖于WC复合体的frq基因的转录,其调控方式的解析进一步丰富了生物钟的调控网络。最后,通过比较并探索其他真菌中生物钟系统组成及运行机制,使我们对真菌生物钟的进化历程及生物体对环境的整体适应性有了更加全面而深刻的认识。     

生物钟作用机制及其对动物年节律产生的影响

生物钟几乎存在于所有生命体,是生物适应外界环境的每日周期性变化而产生的内部活动。生物钟在体内受转录-翻译-负反馈环路调控,能调节组织、器官的活动,其正常维持对生物的健康、生长、繁殖等具有重要意义。与之相对,由于环境的四季变化,生物也形成了体内的年周期生理变化,如季节性发情、昆虫滞育等。生物的年节律在外部主要受光周期为主的环境因素影响,在体内则与基因表达、激素含量和细胞组织形态的变化有关。褪黑素是识别外部光周期变化的重要信号,而生物钟在垂体解析褪黑素信号并调控下游信号变化中扮演着重要角色,对环境年度变化的识别和机体年节律的产生具有重要指导作用。本文通过介绍昆虫和哺乳动物的昼夜节律和年节律产生的机制,并结合鸟类的年节律,综述了生物钟对年节律产生影响的作用机制研究进展,以期为今后研究年节律的影响机制提供更广泛的思路。     

哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展

时间生物学主要是研究生物体内生理和行为的时间机制的学科,而这种机制主要是由生物钟调控的。研究表明,营养代谢的各个方面如葡萄糖转运、糖原异生、脂质合成及降解、氧化磷酸化等作用都受到生物钟核心转录机制的调控,并具有时间敏感性;相反,代谢信号也可以反馈调节生物钟系统,包括生物钟基因表达和行为活动。生物钟的紊乱会造成诸如心血管疾病、肥胖、糖尿病等多种疾病。本文从代谢与生物钟的相互关系、各类营养信号和营养素对生物钟的作用以及生物钟与营养代谢相关疾病的关系等多方面综述了哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展。     

斑马鱼生物钟分子遗传学和基因组学研究进展

生物钟是生物长期适应地球昼夜循环变化而演化的内在自持的计时机制。生物钟对分子、生化、细胞、生理和行为等基本生命过程起到重要的调节作用。生物钟紊乱会导致机体失调而引发各类疾病。斑马鱼作为一种重要的脊椎动物模型在研究生物钟方面有其独特的特点与优势。现主要综述利用转基因技术、突变体分析和转录组手段等解析斑马鱼生物钟调节机制的最新进展。     

植物次生代谢产物对哺乳动物生物钟的调节作用

生物钟是生物适应地球自转而形成的内在节律,哺乳动物体内生物钟与内分泌、代谢调控以及疾病均有着紧密联系。随着人类生活和工作模式的改变,生物钟紊乱已经逐渐影响到机体健康。研究发现,饮食在为机体提供物质能量的同时,也是调节生物钟的重要途径之一,并且不同物质的摄入对生物钟的调控也存在差异。现就几种植物次生代谢产物,如白藜芦醇、茶多酚和咖啡因等对生物钟调节的研究进展进行综述。     

昆虫生物钟分子调控研究进展

昆虫生物钟节律的研究是人类了解生物节律的重要途径。昆虫在生理和行为上具有广泛的节律活动,如运动、睡眠、学习记忆、交配、嗅觉等节律活动,其中昼夜活动行为节律的研究广泛而深入。昆虫乃至高等动物普遍具有保守的昼夜节律系统,昼夜生物钟节律主要包括输入系统:用于接受外界光和温度等环境信号并传入核心振荡器,使得生物时钟与环境同步;核心时钟系统:自我维持的昼夜振荡器;输出系统:将生物钟产生的信号传递出去而控制生物行为和生理的节律变化。早期分子和遗传学研究主要关注昼夜节律振荡器的分子机制及神经生物学,阐明了昼夜生物钟节律的主要分子机制及相关神经网络。最近更多的研究关注生物钟信号是如何输入和输出。本文以果蝇运动节律的相关研究为主要内容,围绕生物钟输入系统、振荡器、输出系统这3个组成部分对昆虫生物钟研究进展进行总结。     

消化道营养物质吸收代谢昼夜节律性调控机制的研究进展

昼夜节律是指在生物体内存在的以近似24 h为周期的生物节律。昼夜节律的重要性质之一是内源节律的周期性,哺乳动物的生理和代谢节律受昼夜节律的控制。昼夜节律的振荡导致下游分子通路和生理过程发生节律性变化,对营养物质的消化、吸收和代谢有一定的调控作用。本文主要综述了消化道蛋白质、糖、脂类等营养物质吸收代谢的节律性及其调控机制,以期为生物钟调控动物营养物质利用机制的研究提供参考资料。     

返地卫星搭载引起蛋白核小球藻性状分离

对于生物体来说,空间环境具有不同于地面的若干作用因素,如微重力,强辐射,超净等。其中,微重力因子的作用在空间生物学研究中占有突出的地位。地面上一切物体都受到重力(lg)的作用,生物体在漫长的进化过程中产生出一定的机制适应着地球的重力环境。离开地球的重力场,从低等到高等许多生物的生命过程都发现有明显     

生物钟机制研究进展

由生物体内源性生物钟所产生的昼夜节律是近年来生命科学的研究热点之一。几种模型生物（蓝细菌、脉孢菌、拟南芥、果蝇、小鼠）的生物钟相关基因相继被克隆和鉴定,为理解昼夜节律的分子机制奠定了基础。振荡器蛋白对其编码基因的负反馈调控可能是不同生物的生物运作普遍机制,在此基础上,不同生物有不尽相同的调控方式;隐色素可能是高等生物的共同生物钟光受体。     

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。     

微重力及模拟微重力对植物生长的影响

重力对地球上生物的生长、发育、代谢及繁殖等具有重要影响.植物细胞的重力敏感性已被众多研究所证明,在空间微重力环境或地面模拟微重力环境下,植物表现特殊的微重力反应.微重力或模拟微重力会对植物体生长产生一系列的影响.综述微重力及模拟微重力对植物生长的影响,并对近期这一领域的研究进行了概括.     

果蝇昼夜节律的调控机制

40多年前的遗传筛选鉴定了第一个果蝇生物钟基因period,开启了果蝇生物钟调控机制的研究。随着更多生物钟基因被发现,一个由转录水平的调控及转录后水平的修饰组成的负反馈环路模型逐步形成,被认为是调控昼夜节律的核心分子机制。生物钟驱动果蝇脑内约150个神经元的活动,这些神经元在不同的环境条件下通过不同的方式互作,共同调控果蝇的行为节律。昼夜环境变化中最显著的是明暗变化。蓝光受体cryptochrome在光对昼夜节律的调控中起重要作用。     

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。     

斑马鱼视觉系统生物钟的研究进展

斑马鱼视觉系统生物钟相关研究在近些年取得了一定的进展。现主要对斑马鱼视觉系统中受生物钟调控的形态学、视觉功能、电生理等特性进行总结,并初步探讨其内源性机制。同时,也概括了近年来在斑马鱼松果体方面的研究进展,尤其是松果体的感光特性和发育过程,及其在斑马鱼生物钟形成中的作用。     

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。