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。     

生物节律和生物钟

从众多的生物节律现象可看出,动物、植物的生理机能和生活习性好象受体内某种内在的时钟控制,这种神秘的时钟称为“生物钟”,即生物感知时间的能力。而生物节律实际上是由生物钟控制的,是生物钟的外在表现。生物节律和生物钟的研究经历了3个主要阶段:50年代及以前的生物节律现象的描述阶段;60年代的模型建造阶段;70年代以来利用生物化学和分子     

生物钟基因在骨骼肌中对生肌形成和能量代谢的调控作用

生物节律的产生是中枢生物钟和外周生物钟共同作用的结果,存在于骨骼肌内的生物钟基因主要包括clock、bmal1、cry2、per2、rev-erbα和rorα,以及相关的钟控基因dbp和tef1。生物钟基因在骨骼肌中的表达通过调控生肌决定因子进而介导了骨骼肌的增殖、分化、融合及功能变化;同时生物钟基因在骨骼肌中的表达也可以调控骨骼肌内糖脂代谢过程,从而调控骨骼肌的能量代谢。     

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。     

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.     

生物钟生物学及其研究进展

生物钟是生命对地球以24小时为周期的环境变化长期适应而演化的内在计时机制。生物钟是生命最普遍的基本特征之一。生物钟系统与体内其他系统,如神经系统有着相互影响的密切关系。生物钟生物学作为最重要的时间生物学分支,研究生物钟的调节机制以及生物钟对基本的生命过程和活动的调节机制,在医药、农业等有着广泛的应用。综述了生物钟生物学近年来的研究进展,尤其是生物钟生物学近年在中国的发展状况。     

关于地震前动物行为异常原因的探讨

本文从几种动物的自记观测资料出发,总结了它们各自的正常竹律和干扰形态,认为这些动物具有良好的生物钟功能。当外界环境条件发生变化时,扰乱了动物体内生物钟的正常工作,出现非震的干扰形态;在地震发生之前,由于震源体和外空场综合作用,则使生物钟一时失控,动物产生行为异常现象。作者试图用生物钟的理论,给出动物异常原因一个概括性的解释。     

铜绿微囊藻生物钟蛋白KaiA的自身相互作用研究

正蓝藻虽为原核生物,但它也和真核生物一样具有生物钟,它的固氮作用、光合作用、氨基酸吸收、细胞分裂以及基因表达等生理代谢过程都受到生物钟的调控,具有昼夜节律性。虽然蓝藻生物钟和真核生物钟一样,都以近24h的周期运行,都具有温度补偿效应,光、温等环境因素都能重置生物钟的时相,但组成蓝藻生物钟的钟蛋白与真核生物钟蛋白间不具有任何同源性,蓝藻生物钟的计时机制也与真核生物钟存在差异1-2。蓝藻钟基因为一个基因簇kai,由三个基因kaiA、kaiB、kaiC以单一拷贝成簇排列,Kai蛋白组成蓝藻生物钟的核心即中央振荡器,其中kaiC蛋白的磷酸化状态是中央振荡器产生周期性震荡的关键,它决定中央振荡器的时相,而kaiC的磷酸化状态则受到kaiA和kaiB的调节。kaiA是接受和整合环境信息的钟蛋白,具有N-端和C-端两个结构域,N-端缺乏保守天冬氨酰残基的伪接受域能通过与输入途径的某种蛋白(目前未知)发生相互作用而感受环境信号       

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。     

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。     

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。     

生物钟蛋白质翻译后修饰的生物学功能

生物钟作为内源的分子机器调控生物体的生化反应、生理及行为各层面的活动。真核生物生物钟运行的分子机制非常保守,都是由正调因子和负调因子构成的基于转录/翻译的负反馈调控环来控制。泛素—蛋白酶体途径引发的生物钟蛋白降解是生物钟调控的重要步骤。从真菌、动物到植物,基于磷酸化的生物钟蛋白的泛素化及降解是决定生物钟周期长短的主要调控方式。尽管各物种进化出的生物钟蛋白差异较大,它们都有效地利用了细胞中进化上非常保守的组分,如蛋白激酶、磷酸酶、泛素连接酶、去泛素酶以及蛋白酶体等来调控生物钟的运行。     

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。     

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。     

生物钟振荡的动力学机制探析

生物钟是生物适应环境周期性变化的一种内在机制,具有重要的生理功能,生物钟的紊乱会严重影响健康或生存。本文从系统生物学的角度介绍了核心振荡器的振荡机制,综述了生物钟的数学建模及其动力学研究进展,对生物钟振荡中的动力学行为机制进行了探析。     

果蝇昼夜节律生物钟机制研究进展

昼夜节律生物钟包括输入途径、生物钟本身和输出途径。果蝇作为昼夜节律生物钟研究的前沿模式生物需被进一步了解。本文对果蝇昼夜节律生物钟的钟基因、激酶和磷酸酶的调控、两个相互依赖的转录/翻译反馈环路、生物钟细胞和昼夜节律行为进行了综述。     

斑马鱼生物钟研究进展

斑马鱼是生物钟研究领域中一种新兴的脊椎动物模型。文章总结了斑马鱼生物钟研究的一些进展, 以及利用斑马鱼研究生物钟的特点及优势。由于光照和温度作为重要的外部信号在斑马鱼生物钟调节中发挥重要作用, 文章主要就近期光和温度对斑马鱼钟基因及调节通路的研究进行了概述, 最后对斑马鱼生物钟研究的未来提出了展望。     

水稻生物钟相关基因的表达特征鉴定及其功能预测分析

水稻作为我国重要农作物,其营养生长和生殖发育过程都受到严格的生物钟的控制,因此,生物钟基因的表达变化也是决定水稻产量和种子质量的主要决定因素之一。为了更全面系统的了解生物钟基因在水稻生长和发育过程中的功能,本研究采用生物信息学共表达方法,筛选和鉴定水稻和拟南芥中生物钟基因,并对比分析了这些生物钟基因在单双子叶模式植物中的可能功能。从水稻表达谱公共数据库中筛选与生物钟基因表达密切相关732个基因,并对筛选出的水稻生物钟相关基因进行表达特性、节律性、生物功能预测及其与拟南芥的对比分析,结果表明水稻和拟南芥的生物钟基因可能都具有在生物钟核心振荡器部分功能相对保守的特点。功能预测分析也还表明水稻生物钟基因参与了8类生物学过程,尤其在应激反应和代谢过程的方面具有明显富集性,从而间接佐证了水稻对于外界环境的响应及其代谢过程具有严格时间调控的分子机理。     

CONSTANS LIKE 7参与调控拟南芥生物钟

植物的生物钟节律可以被环境中的光/黑暗以及冷/热循环所诱导,并使其与环境同步。植物生物钟由输入途径、中央振荡器、输出途径组成。目前对植物生物钟的研究已经揭示生物钟最基本的组成,但是关于生物钟的运作机理及网络还需要进一步研究。CONSTANS LIKE 7(COL7)是CONSTANS(CO)的家族基因。以拟南芥野生型(wild type,WT)、突变体col7以及COL7过量表达转基因株系COL7-OX-10和COL7-OX-11为材料,利用定量PCR、叶片运动等方法,分析COL7是否受生物钟调控以及COL7是否参与调控生物。实验结果显示:COL7不仅受生物钟调控,同时也参与调控生物钟。     

哺乳动物生物钟与能量代谢的相关研究进展

生物钟广泛存在于各种生物体中,是生命体的一种内源调节机制。哺乳动物生物钟系统与机体营养代谢和能量平衡有着密切的关系。概述了生物钟系统通过营养途径、限速酶途径、核受体途径对哺乳动物机体代谢活动和能量平衡的调控,以及哺乳动物代谢稳态对生物钟系统的影响,从而为从生物钟调控的角度治疗和防控代谢综合征提供新的思路。