生物钟基因与哺乳动物生殖

近日节律是生物节律中最重要的一种。它是一种以近似24 h为周期的自主振荡器,普遍存在于生物界中。近日节律主要受生物钟基因的调控,在哺乳动物中已发现时钟基因(Clock)、周期基因(Period,Per)家族、隐花色素基因(Cryptochrome1,Cry)家族、Bmal1(Brain and muscle ARNT-like 1)在内的多种重要的生物钟基因。这些基因及其蛋白质产物构成的反馈调节环是生物钟运行的分子基础。研究表明,生物钟基因不仅仅在近日节律的中枢系统中存在表达,在外周组织中也存在表达。而且生物钟基因与哺乳动物生殖密切相关,提示可能在生殖领域中具有重要的调控作用。主要从几个关键生物钟基因的发现、在近日节律和非近日节律中的调节作用、以及与哺乳动物生殖的关系做一综述。     

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。     

生物钟紊乱防治策略的研究进展

生物钟是机体为适应环境周期性变化而进化出的一种内在机制。保持体内时钟与外界时钟步调一致对健康至关重要，二者不同步(比如作息不规律、时差、分子时钟机制被破坏等)可能导致生物钟紊乱，可表现为睡眠-觉醒周期异常，激素分泌、血压、心率、体温等节律或水平异常，长期紊乱还与代谢性疾病、心血管疾病、肿瘤等常见重大疾病密切相关。为解决长久以来生物钟紊乱无药可医的局面，科学家们在细胞和动物水平对生物钟基因的功能及其在疾病发生、发展中的作用进行了大量的研究，并对数十万计的小分子化合物进行筛选以探索药物调整生物钟的可行性。此外，褪黑素、光照疗法、运动疗法、调整摄食时间、改变食物营养成分等也对生物钟紊乱起到一定的缓解作用。本文将从药物干预和非药物干预两个角度对生物钟紊乱防治策略的研究进展进行综述。     

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。     

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。     

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。     

血压昼夜节律特征及其分子调控机制

正常血压具有典型的昼夜节律特征。血压昼夜节律异常与高血压靶器官损害和心血管事件发生呈明显相关关系,是独立于血压水平的重要致病因素。血压昼夜节律的产生和维持与时钟基因的周期性表达有关。时钟基因bmal1、per2是体内生物钟系统运行的关键基因,其表达水平和节律变化直接调节血压的昼夜节律。     

血压昼夜节律特征及其分子调控机制

正常血压具有典型的昼夜节律特征。血压昼夜节律异常与高血压靶器官损害和心血管事件发生呈明显相关关系,是独立于血压水平的重要致病因素。血压昼夜节律的产生和维持与时钟基因的周期性表达有关。时钟基因bmal1、per2是体内生物钟系统运行的关键基因,其表达水平和节律变化直接调节血压的昼夜节律。     

生物钟基因系统功能异常与心血管疾病和消化疾病的关联性机制研究

生物体内源性生物钟产生的昼夜节律是以近24 h的节律性振荡对外界环境变化进行的综合性调节反应,其产生的分子基础是生物钟基因及其编码的蛋白质组成的转录-翻译反馈环路,其中生物钟基因可作用于下游钟控基因而调节机体各项生理功能。昼夜节律紊乱、生物钟基因表达改变,与许多疾病包括心血管疾病和消化疾病的发生发展相关,甚至是癌症发生的重要促进因素。对昼夜节律的研究为疾病的预防和治疗提供了新思路。     

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)