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。     

生物钟与光温环境信号互作网络研究进展

随着全球气候的急剧变化,植物生长发育所处的生态环境日益恶劣,生物钟与光、温受体互作协同传递环境信号并调控下游生长发育的应答机制开始受到科研人员的广泛关注。生物钟作为植物内源计时器,其核心由多个耦联的转录-翻译反馈环(TTFL)组成,在转录、转录后、翻译、翻译后和表观遗传层面受到多层级精细调控。这些精密的调控机制保证了生物钟能不断被外界环境信号驯化和重置,使内源节律与外界环境相匹配,从而赋予植物优化资源利用和趋向最适生长的能力,对于指导农作物遗传改良和引种驯化具有重要意义。该综述总结了生物钟核心振荡器的多层级调控机制以及生物钟同源基因在农作物中的分子功能,详述了生物钟与光、温环境信号通路间的互作网络,展望了以此为基础的作物分子育种,为提高农作物的环境适应性和优化改良农艺性状提供了新思路。     

生物钟与光温环境信号互作网络研究进展

随着全球气候的急剧变化, 植物生长发育所处的生态环境日益恶劣, 生物钟与光、温受体互作协同传递环境信号并调控下游生长发育的应答机制开始受到科研人员的广泛关注。生物钟作为植物内源计时器, 其核心由多个耦联的转录-翻译反馈环(TTFL)组成, 在转录、转录后、翻译、翻译后和表观遗传层面受到多层级精细调控。这些精密的调控机制保证了生物钟能不断被外界环境信号驯化和重置, 使内源节律与外界环境相匹配, 从而赋予植物优化资源利用和趋向最适生长的能力, 对于指导农作物遗传改良和引种驯化具有重要意义。该综述总结了生物钟核心振荡器的多层级调控机制以及生物钟同源基因在农作物中的分子功能, 详述了生物钟与光、温环境信号通路间的互作网络, 展望了以此为基础的作物分子育种, 为提高农作物的环境适应性和优化改良农艺性状提供了新思路。     

Impaired light detection of the circadian clock in a zebrafish melanoma model

The circadian clock controls the timing of the cell cycle in healthy tissues and clock disruption is known to increase tumourigenesis. Melanoma is one of the most rapidly increasing forms of cancer and the precise molecular circadian changes that occur in a melanoma tumor are unknown. Using a melanoma zebrafish model, we have explored the molecular changes that occur to the circadian clock within tumors. We have found disruptions in melanoma clock gene expression due to a major impairment to the light input pathway, with a parallel loss of light-dependent activation of DNA repair genes. Furthermore, the timing of mitosis in tumors is perturbed, as well as the regulation of certain key cell cycle regulators, such that cells divide arhythmically. The inability to co-ordinate DNA damage repair and cell division is likely to promote further tumourigenesis and accelerate melanoma development.     

硫化氢信号能够通过生物钟调控拟南芥对冷胁迫的响应

硫化氢(hydrogen sulfide, H_2S)是继一氧化氮(nitric oxide, NO)与一氧化碳(carbon oxide, CO)之后的第3种气体信号分子,在动植物中均发挥着重要的生理功能。生物钟是生物体的内在计时器,对动植物适应环境和生长发育至关重要。鉴于H_2S与生物钟调控的生理过程有较大的相关性,本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,对二者之间的关系进行了探索。结果发现,外源NaHS(H_2S供体)处理能够上调生物钟相关基因CCA1(circadian clock associated 1)和PRR9(pseudo-response regulator 9)的表达,而且在H_2S生成关键酶编码基因缺失的双突变体lcd/des1中,CCA1与PRR9的峰值表达时间明显滞后。CBFs(c-repeat binding factors)是受CCA1调控的冷胁迫响应基因,其表达也受H_2S的调控。lcd/des1中CBF1和CBF3的峰值表达时间延迟,同时在lcd/des1中CBF1、CBF2和CBF3都下调表达。lcd/des1幼苗对冷胁迫表现出更高的敏感性。本文也对拟南芥内源H_2S生成关键酶L-半胱氨酸脱硫基酶(L-cysteine desulfhydrase, LCD)与脱硫基酶1(desulfhydrase 1, DES1)编码基因的转录水平节律性进行了初步的探索。LCD的表达在1 d内未见明显的变化,而DES1的表达有明显的节律性,在早上8:00达到峰值。综上所述,H_2S能够通过调节CCA1与PRR9基因的表达调控生物钟,进而影响下游靶标CBFs基因的表达以增加拟南芥对冷胁迫的耐受性。     

昼夜节律钟调控代谢的研究进展

生理和行为的昼夜节律性调控对健康生活是必需的。越来越多的流行病学和遗传学证据显示昼夜节律的破坏与代谢紊乱性疾病相关联。在分子水平上,昼夜节律受到时钟蛋白组成的转录一翻译负反馈环的调控。时钟蛋白通过以下两种途径调节代谢：首先,时钟蛋白作为转录因子直接调节一些代谢关键步骤的限速酶和代谢相关核受体的表达,其次作为代谢相关核受体的辅调节因子来激活或抑制其转录活性。虽然时钟蛋白对代谢途径的调节导致代谢物水平呈昼夜节律振荡,但是产生的代谢物反过来又可以影响昼夜节律钟基因的表达,进而影响昼夜节律钟。深入研究昼夜节律钟与代谢的交互调节可能为治疗某些代谢紊乱性疾病提供新的治疗方案。     

运动介导的心脏代谢与生物钟相互调节作用研究

在哺乳动物中,昼夜节律主要由生物钟基因的转录翻译反馈回路产生,生物钟基因通过转录翻译反馈回路调控下游的时钟控制基因,从而影响体内的各种生理活动。心脏作为人体外周组织中的重要器官,其生物钟系统受到运动和营养等授时因子的调控。当心肌细胞的生物钟基因被遗传性破坏或表达异常时,会严重影响心脏的代谢活动,导致心脏生理功能减退,增加心脏不良事件的发生风险,因此心脏生物钟在维持心脏代谢活动和生理功能方面发挥着重要作用。运动作为授时因子,可以独立于中枢生物钟对心脏生物钟进行调节。同时运动作为改善心血管功能的重要手段,可能通过激活下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA）和交感-肾上腺-髓质轴（SAM）、调节能量代谢等途径影响心脏的代谢活动和生物钟基因的转录,维持心脏生物钟的稳定,促进心脏健康。对运动调控心脏生物钟的机制研究,可以为倒班、熬夜人群以及心血管疾病患者提供新的预防和治疗思路。未来需要更多研究来探索运动调节心脏代谢活动和生物钟的机制、运动对光周期诱导的昼夜节律紊乱心脏生物钟的影响及机制以及运动调节心脏生物钟对其他外周器官代谢活动和昼夜节律的影响。