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。     

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。     

生物钟基因研究进展

昼夜节律是以大约24 h为周期波动的生物现象.这些节律包括血压、体温、激素水平、血中免疫细胞的数量、睡眠觉醒周期循环等.基因水平上的昼夜节律研究还只是刚起步,介绍不同物种控制昼夜行为的共同基因(如period 、timless 、clock基因等)的研究进展,特别是一些有关调控昼夜节律基因的转录因子的研究.同时讨论果蝇和人类生物钟调节的共同分子机制.     

生物钟基因period的分子生物学

生物过程的昼夜节律是所有真核生物和部分原核生物的基本特征。自从ｐｅｒｉｏｄ基因被克隆以后,生物钟基因的研究已经取得长足的促进。本文回顾了ｐｅｒ基因及生物钟分子机制的研究历史,旨在为人类复杂行为的研究提供一条思路。     

哺乳动物昼夜节律生物钟研究进展

昼夜节律生物钟是一种以近似24小时为周期的自主维持的振荡器,在分子水平上,该振荡器是一个由9个基因组成的转录翻译反馈环路系统。它能受外界环境影响重新设置节律,使自身机体活动处于最佳状态。除了进行自我调节外,生物钟基因还能通过调节代谢途径中特定基因表达而影响机体生理生化过程。在过去的几年里,借用遗传学和分子生物学工具,我们对哺乳动物昼夜节律生物钟的分子基础有了新的认识,本文综述了这一进展,并展望了它们在研究人的昼夜节律行为异常领域的前景。     

家蚕昼夜节律生物钟基因的生物信息学分析

昼夜节律是最普遍的生物节律现象,受遗传基因调控,其分子机制在黑腹果蝇Drosophila melanogaster中有较为深入的研究,在其他昆虫中的研究相对较少。家蚕Bombyx mori的滞育是对昼夜节律授时因子响应的一种现象,可作为研究的参照。通过电子克隆的方法获得了家蚕生物钟基因Bmvri,Bmcyc,Bmtim2,Bmpdp完整的开放阅读框(ORF)序列,以及Bmclk基因的ORF片段,并对上述基因及其表达产物进行了结构分析、染色体定位和系统的分子进化分析,根据这些基因及其表达产物的结构特征结合现有的数据资源,整合了家蚕昼夜节律生物钟反馈环路。     

蓝藻生物钟分子机理的研究进展

蓝藻是具有内源性生物钟的简单生物.虽然蓝藻生物钟具有跟真核生物同样的基础特征,但其相关基因和蛋白质与真核生物没有同源性.蓝藻生物钟的核心是kai基因簇及其编码的蛋白KaiA,KaiB和KaiC.这三种Kai蛋白相互作用调节KaiC的磷酸化状态,从而产生昼夜节律信息.KaiC的磷酸化循环是昼夜节律的起博器,调控包括kai基因在内的相关基因的节律性表达.组氨酸蛋白激酶的磷酸化传递可将环境信息输入和将节律信息输出生物钟核心.     

生物钟基因3及其表达的调节机制

众所周知 ,生物体的新陈代谢过程 ,细胞和细胞器官的生理功能 ,以及心理行为等生命活动往往随着昼夜循环而发生规律性的变化。就是在实验室恒定的条件下 ,消除一切环境因子的影响 ,生命活动仍表现出昼夜节律性的变化。这说明昼夜节律受体内的测时系统——生物钟的控制。从 5 0年代至今 ,人们对生物的昼夜节律及其调控机制进行了深入地研究 ,特别是应用生物化学和分子生物学的方法 ,使人们逐步了解了生物节律的特点 ,生物钟基因及其表达的调控机制。1　生物钟基因存在于不同生物体中的昼夜节律时钟都表现出 3个共同的特点 :1 )在恒定的环境条…     

生物钟的分子机制研究进展

RecentDevelopmentsinMolecularMechanismsofBiologicalClockHouBingkai(DepartmentofBiology,ShandongUniversity,Jinan250100)YuHuimin(DepartmentofBiochemistry,ShandongEducationCollege,Jinan250013)生物的昼夜节奏表现,从单细胞生物到多细胞生物,从原校生物到真核生物都曾被描述过。由于这种现象在生物界广泛存在,关于它的特征、意义和机理的研究日益受到人们重视。其中最重要和最吸引人的方面是它的测时系统—一生物钟（biologicalclock）,也称生物振荡器（oscillators）。近年来,人们从分子水平对生物钟的研究比较活…     

生物钟基因与脂质代谢紊乱

生物钟是生物适应环境节律变化形成的特殊生理机制,具有一定的节律性。生物钟基因被证实参与调节多种生物生理活动,如生物的各种代谢活动、细胞的凋亡与坏死、肿瘤的发生与发展和炎症反应等。其中,脂质代谢作为一项重要的代谢活动,其紊乱可能诱发高血脂症、动脉粥样硬化等疾病。脂质代谢的调节受生物钟相关基因的调节。本文就有关生物钟的生理机制及生物钟基因参与脂质代谢调节的研究进行综述。     

生物节律基因Timeless的生物学功能研究进展

Timeless基因广泛分布于生物体中,是主要的生物节律基因之一,它通过与节律基因Per和Cry家族成员的相互作用影响它们的表达水平。Timeless和Tipin能够稳定复制叉,促进姊妹染色单体凝聚,对DNA复制有促进作用;在细胞周期中激活S期检测点,参与ATR-Chk1和ATM-Chk2的DNA损伤修复通路,加强细胞周期的阻滞以修复DNA损伤。Timeless是生物节律和细胞周期的连接者,在多种癌组织(如肝癌、肺癌、乳腺癌、结直肠癌、肾癌和胰腺癌)中的表达水平与癌旁非癌组织相比有差异,提示Timeless表达异常可能与肿瘤的发生和发展相关。     

生物钟基因研究新进展

生物钟基因普遍存在于生物界,其作用在于产生和控制昼夜节律的运转。生物钟基因及其编码的蛋白质组成反馈回路,维持振荡系统持续进行并与环境周期保持同步。各级进化水平物种生物钟的基因组成和控制途径有同有异。此文主要介绍蓝细菌、脉孢菌、果蝇、鼠和人昼夜钟的分子运作机制以及研究钟基因的意义和展望。 Abstract:The circadian clock genes,which generate and control the running of the circadian rhythms,exist in organisms ranging from prokaryotes to mammals.The oscillator genes and its coding proteins compose the feedback loops of circadian system.The kind,number and regulating route of clock genes are characterized by living things at different evolution levels.The molecular mechanism of the run of circadian clock genes in cyanobacteria,neurospore,fruit fly,mouse and human being is introduced in this article.     

Clock controls timing of mouse pancreatic differentiation through regulation of Wnt- and Notch-based and cell division components

The oscillations of circadian genes control the daily circadian clock, regulating a diverse array of physiologies with the 24-hour light/dark cue across a wide variety of organisms. Here we first show that before embryonic circadian rhythms occur, the oscillation (nucleocytoplasmic shuttling) of core circadian gene Clock is tissue-specific and correlated with the state of differentiation during both early development and later pancreas organogenesis. Disruption of Clock as well as Timeless in the embryonic pancreas does not block pancreatic differentiation but alters the balance and maturity of endocrine and exocrine cells. Molecular analysis indicates that inhibition of Clock or Timeless expression disturbs not only cell cycle regulators, but also Wnt- and Notch-signaling components, whose oscillations establish the timing mechanism in somitogenesis. Thus, our results provide new insights about circadian genes' function in control of the timing of differentiation during embryonic development.     

生物钟基因PER2在结直肠癌中的表达及意义

目的:探讨PER2基因表达水平和结直肠癌发生发展的关系。方法:收集203例在上海市第一人民医院接受根治性肠切除术结直肠癌患者的标本,通过实时定量PCR和免疫组织化学技术检测PER2在肿瘤组织和邻近正常组织中的表达水平,并对PER2的表达与患者的病理资料和临床预后的相关性进行统计学分析。结果:PER2在结直肠患者肿瘤组织的表达较正常组织减少(P0.001)。与PER2阳性患者相比,PER2阴性的结直肠癌患者有远处转移(P=0.026)、AJCC分期为IV期(P=0.011)的比例更高。结论:PER2基因在结直肠癌患者中存在低表达现象,其对于患者的AJCC分期评价以及了解患者有无远处转移有一定的参考价值。     

大鼠视交叉上核与松果体中Clock基因转录的昼夜节律性及不同光反应性

本研究旨在观察和比较视交叉上核（suprachiasmatic nucleus,SCN）与松果体（pineal gland,pG）中Clock基因内源性昼夜转录变化规律以及光照对其的影响。Sprague-Dawley大鼠在持续黑暗（constant darkness,DD）和12h光照：12h黑暗交替（12hourlight：12hour-darkcycle,LD）光制下分别被饲养8周（n=36）和4周n=36）后,在一昼夜内每隔4h采集一组SCN和PG组织（n=6）,提取总RNA,用竞争性定量RT-PCR测定不同昼夜时点（circadian times．CT or zeitgeber times．ZT）各样品中Clock基因的mRNA相对表达量,通过余弦法和ClockLab软件获取节律参数,并经振幅检验是否存在昼夜节律性转录变化。结果如下：（1）SCN中Clock基因mRNA的转录在DD光制下呈现昼低夜高节律性振荡变化（P〈0．05）,PG中Clock基因的转录也显示相似的内源性节律外观,即峰值出现于主观夜晚（SCN为CTl5,PG为CT18）,谷值位于主观白天（SCN为CT3,PG为CT6）（P〉0．05）。（2）LD光制下SCN中Clock基因的转录也具有昼夜节律性振荡（P〈0．05）,但与其DD光制下节律外观相比,呈现反时相节律变化（P〈0．05）,且其表达的振幅及峰值的mRNA水平均增加（P〈0．05）,而PG中Clock基因在LD光制下转录的相应节律参数变化却恰恰相反（P〈0．05）。（3）在LD光制下,光照使PG中Clock基因转录的节律外观反时相于SCN（P〈0．05）,即在SCN和PG的峰值分别出现于光照期ZT10和黑暗期ZT17,谷值分别位于黑暗期ZT22和光照期ZT5。结果表明,Clock基因的昼夜转录在SCN和PG中存在同步的内源性节律本质,而光导引在这两个中枢核团调节Clock基因昼夜节律性转录方面有着不同的作用。     

Clock Genes Influence Gene Expression in Growth Plate and Endochondral Ossification in Mice

We have previously shown transient promotion by parathyroid hormone of Period-1 (Per1) expression in cultured chondrocytes. Here we show the modulation by clock genes of chondrogenic differentiation through gene transactivation of the master regulator of chondrogenesis Indian hedgehog (IHH) in chondrocytes of the growth plate. Several clock genes were expressed with oscillatory rhythmicity in cultured chondrocytes and rib growth plate in mice, whereas chondrogenesis was markedly inhibited in stable transfectants of Per1 in chondrocytic ATDC5 cells and in rib growth plate chondrocytes from mice deficient of brain and muscle aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like (BMAL1). Ihh promoter activity was regulated by different clock gene products, with clear circadian rhythmicity in expression profiles of Ihh in the growth plate. In BMAL1-null mice, a predominant decrease was seen in Ihh expression in the growth plate with a smaller body size than in wild-type mice. BMAL1 deficit led to disruption of the rhythmic expression profiles of both Per1 and Ihh in the growth plate. A clear rhythmicity was seen with Ihh expression in ATDC5 cells exposed to dexamethasone. In young mice defective of BMAL1 exclusively in chondrocytes, similar abnormalities were found in bone growth and Ihh expression. These results suggest that endochondral ossification is under the regulation of particular clock gene products expressed in chondrocytes during postnatal skeletogenesis through a mechanism relevant to the rhythmic Ihh expression.     

Role of Sleep Restriction in Daily Rhythms of Expression of Hypothalamic Core Clock Genes in Mice

Lack of sleep time is a menace to modern people, and it leads to chronic diseases and mental illnesses. Circadian processes control sleep, but little is known about how sleep affects the circadian system. Therefore, we performed a 28-day sleep restriction (SR) treatment in mice. Sleep restriction disrupted the clock genes’ circadian rhythm. The circadian rhythms of the Cry1 and Per1/2/3 genes disappeared. The acrophase of the clock genes (Bmal1, Clock, Rev-erbα, and Rorβ) that still had a circadian rhythm was advanced, while the acrophase of negative clock gene Cry2 was delayed. Clock genes’ upstream signals ERK and EIFs also had circadian rhythm disorders. Accompanied by changes in the central oscillator, the plasma output signal (melatonin, corticosterone, IL-6, and TNF-α) had an advanced acrophase. While the melatonin mesor was decreased, the corticosterone, IL-6, and TNF-α mesor was increased. Our results indicated that chronic sleep loss could disrupt the circadian rhythm of the central clock through ERK and EIFs and affect the output signal downstream of the core biological clock.