生物钟基因研究的开创者——杰弗里·霍尔

正2017年的诺贝尔生理学或医学奖授予三位研究果蝇生物钟行为的美国科学家——杰弗里·霍尔(Jeffrey C.Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔·杨(Michael W.Young),以表彰他们发现了决定生物钟行为的基因和这些基因产物的工作原理。三位获奖者有着怎样与众不同的成长经历?他们又是怎么走上这条探索之路并摘取诺奖成果的呢?故事很长,且让我一一表述。     

生物钟:基因表达的振荡器

正2017年的诺贝尔生理学或医学奖奖给了发现生物日节律(circadian rhythm)基因和分子机制的研究工作.美国的3位科学家Jeffrey C.Hall,Michael Rosbash和Michael W.Young分享了这一科学界的最高荣誉.这项工作揭示了生物钟的基本运行机制,对了解生命、生命活动,以及生命和环境的相互作用具有重大的理论意义,对指导人类生活和生产活动和治疗相关疾病有重要的应用价值.生物节律,也叫生物钟,是自然界普遍存在的一种     

揭秘生物钟运行背后的分子机制

正瑞典斯德哥尔摩当地时间2017年10月2日11时30分(北京时间17时30分),瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会宣布:2017年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔·杨(Michael W Young),以表彰他们在发现生物"昼夜节律"运行的分子机制上做出的重大贡献。生命世界普遍存在的生物钟现象     

生物钟基因研究的开创者——迈克尔·罗斯巴什

正美国科学院院士、布兰迪斯大学(Brandeis University)生物学教授暨霍华德休斯医学研究所研究员迈克尔·罗斯巴什(Mich ael Rosbash)与另外两位美国科学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C.Hall)和迈克尔·杨(Michael W.Young),因发现了决定生物钟行为的基因和这些基因产物的工作原理,荣获2017年诺贝尔     

生物钟基因研究的开创者——迈克尔·杨

正2017年的诺贝尔生理学或医学奖授予杰弗里·霍尔(Jeffrey C.Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔·杨(Michael W.Young),以表彰他们发现了控制昼夜节律的分子机制。本文的主人公是美国洛克菲勒大学(Rockefeller University)的遗传学家、副校长迈克尔·杨。     

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。     

家蚕生物钟基因Bmcryl与Bmcry2的克隆及生物信息学分析

隐花色素基因(cryptochrome gene,Cry)是已确认的主要生物钟基因之一,它广泛分布于细菌和真核生物中.昆虫Cry基因分为Cry1,和Cry2两类,果蝇只有Cry1,蜜蜂等膜翅目昆虫只有Cry2.为了研究鳞翅目模式昆虫家蚕Bombyx mori的昼夜生物钟分子调控机制和昆虫CRY蛋白的进化,本研究克隆了家...     

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。     

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.     

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。     

蓝藻生物钟核心振荡器的KaiB-KaiC相互作用机制

蓝藻是已知的具有昼夜节律生物钟调控机制的最简单生物,其生物钟的核心是一个由三个蛋白质(Kai A、Kai B、Kai C)组成的,不依赖于转录翻译水平调控的核心振荡器.研究表明这三个蛋白质仅在体外试管中反应就会表现出周期性磷酸化振荡现象.分子水平研究表明:Kai A加速Kai C的自磷酸化,而Kai B抑制Kai A使Kai C去磷酸化,从而Kai C的磷酸化/去磷酸化形成周期性反复.但是Kai B如何与Kai A,Kai C相互作用,目前还不清楚.本文重点介绍了最近几年来在Kai B-Kai C相互作用机制上的研究进展,并结合我们的一些初步研究,对Kai B-Kai C相互作用的关键问题进行展望,以期为该体系的深入研究提供参考.     

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。     

鳞翅目昆虫昼夜节律的授时机制研究进展

鳞翅目昆虫生物钟环路的核心成员,在蛋白质分子进化和相互作用网络等方面,与哺乳类,甚至与果蝇等经典模式昆虫有较大差异。总结了昼夜节律对鳞翅目昆虫孵化与进食、生长与变态、生殖与滞育、呼叫与迁徙等生理行为的影响,以及核心钟基因Cry、Per和Tim等的研究进展,分析了鳞翅目昆虫生物钟负反馈环路与哺乳动物和果蝇的差异,介绍了鳞翅目昆虫作为温度授时的生物钟负反馈环路研究和外周生物钟分子机制研究等方面的材料优势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Bmal1基因与衰老的关系

Bmall（brain and muscle ARNT-like-1）基因是哺乳动物生物钟转录、翻译反馈环中的核心成分,以异源二聚体的形式在反馈环中发挥重要的正调节作用.该基因的发现使得生物钟的基因分子调控机制有了突破性进展;研究过程中发现,Bmal1基因可能同我们的衰老也有直接的联系.