节律性转录因子驱动哺乳动物昼夜节律生物钟简

生物体通过内在的昼夜节律生物钟调整生理行为和代谢生化反应来适应昼夜环境周期性变化。哺乳动物的昼夜节律生物钟核心连锁环通过驱动特异性的转录因子来维持整个基因组转录的节律性。生物钟与代谢的内稳态密切相关,生物钟的紊乱会引起各种疾病,该领域的研究能够促进时间疗法的发展来维持生命的健康,甚至可以延缓衰老。     

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。     

哺乳动物转录因子DNA结合谱

基因差异表达是生物发育和对刺激作出应答的分子基础,转录因子在这种基因差异表达中发挥着重要的调控作用。因此,要弄清楚转录因子调控基因差异表达的机理,就必须鉴定出它们全部的靶基因并构建其操纵的转录调控网络。对基因组DNA的序列特异性结合是转录因子调控基因转录的关键环节,因此,要鉴定转录因子的靶基因,就必须从它们与DNA相互作用的分子水平,鉴定它们能够识别并结合的全部DNA序列,即转录因子DNA结合谱。近年来随着DNA微阵列芯片和高通量DNA测序技术的产生和快速发展,出现了建立转录因子体内及体外DNA结合谱的一系列革命性的新技术,对该领域的研究带来重大影响。这些新技术主要包括建立转录因子体内DNA结合谱的染色质免疫沉淀-芯片技术(ChIP-chip)和染色质免疫沉淀-测序技术(ChIP-Seq),以及建立转录因子体外DNA结合谱的双链DNA微阵列芯片技术(dsDNA microarray)、指数富集配体系统进化-系列分析基因表达技术(SELEX-SAGE)、结合-n-测序技术(Bind-n-Seq)、多重大规模并行SELEX技术(MMP-SELEX)、凝胶迁移实验-测序技术(EMSA-Seq)和高通量测序-荧光配体互作图谱分析技术(HiTS-FLIP)。文章将对这些新技术做一综述。     

人体节律和生物钟

一、人体节律取决于生物钟你或许有这样的体会,当你欲办某种事情时,会在预定的时间里突然想到或从沉睡中醒来,这是受生物钟调节的结果。事实上,人无时无刻不在接受它的支配,晚间产生睡意,早晨主动清醒,体温在一天中发生有规律的变化:凌晨最低,黄昏达到高峰。就心脏跳动和人体的吸呼来说也是如此,在正常情况下,心脏每分钟跳动约七十次,剧烈运动时,心率增加,可达百余次;正常情况下呼吸频率为16——20次,而在运动时则明显加快。再如,女子月经周期为三十天左右,行经前后会出现一些生理变化。所有这些,无不与生物钟调节有关。     

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。     

哺乳动物昼夜节律机制研究进展

地球以24 h为自转周期,为此,生活在地球上的不同生物也通过自身约24 h的内在节律的形成来适应昼夜环境的变化,这一系统即为生物钟。在哺乳类动物中,生物钟主要通过涵盖转录与翻译水平的核心连锁环驱动特异性的转录因子来维持整个基因组转录的昼夜节律性,从而使得不同组织与器官的生理功能能够适应环境剧烈的昼夜变化。现将在综述哺乳类动物昼夜节律形成机制及其生理功能研究进展的基础上,对今后的研究方向作出展望。     

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。     

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。     

哺乳动物中枢单胺类递质的昼夜节律性变化

昼夜节律是生物体对昼夜交替的外环境的一种反应。哺乳动物中枢单胺类递质的代谢,在24h内呈现有规律的周期性变化。八十年代初,肾上腺素α,β受体数量昼夜节律的发现,启示精神药理学家,从时间生物学的角度去探索某些精神病的发病原因和精神药物的作用机理。现在虽已明确,视交叉上核团对机体昼夜节律的发生和消长起着重要作用;但对昼夜节律的产生机制仍不清楚。     

哺乳动物似昼夜节律研究概要

本文参阅了50年代以来有关昼夜节律研究的重要著作,并根据近年来国内外发表的节律研究论文综合整理写成。     

转录因子在哺乳动物围着床期的作用

胚胎着床是非常复杂的生理过程,既需要胚胎具有着床能力,又需要子宫处于接受态。在围着床期,很多转录因子的表达发生变化。一个转录因子可以调控多个靶基因,一个基因也可同时受到多个转录因子的调控,从而形成复杂的基因表达网络调控机制,这对胚胎着床是非常重要的。文章对在围着床期起重要作用的转录因子进行了综述。     

FOXO转录因子调控哺乳动物的细胞周期和凋亡

细胞周期和细胞凋亡是哺乳动物细胞生命活动的两大关键事件。FOXO在哺乳动物的细胞分化、增殖、生长、衰老等生命活动中发挥着重要的调控作用,并且参与细胞周期和凋亡的调控,是细胞生死的开关,因此FOXO已成为肿瘤、癌症科学研究的热点之一。在机体细胞中,FOXO受到上游信号分子PI3K/PKB、Ras等的激活或抑制从而调节下游信号分子FasL、Bim、p27kip1、cyclinG2、cyclinB、p130、GADD45等,并与其他细胞周期调控因子形成复杂的信号网络,调节哺乳动物细胞周期的进程和凋亡事件。     

人体生物钟节律是稳定的

科学家一直认为,控制人体日常循环的生物钟的周期变化幅度大,这与其它动物不同。指出人体生物钟的循环周期平均为25小时,并随年龄的增长而衰减。这一趋势可以解释为何老年人常常会出现睡眠紊乱。但最近Ｃｚｅｉｓｌｅｒ等发现,大脑中的“节律调节器”驱使人体生物钟以24小...     

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。     

松果体昼夜节律生物钟分子机制的研究进展

在各种非哺乳类脊椎动物中 ,松果体起着中枢昼夜节律振荡器的作用。近来 ,在鸟类松果体中相继发现了几种钟基因 ,如Per、Cry、Clock和Bmal等 ,其表达的时间变化规律与哺乳类视交叉上核 (SCN)的非常相似。钟的振荡由其自身调控反馈环路的转录和翻译组成 ,鸟类松果体和哺乳类SCN似乎具有共同的钟振荡基本分子构架 ;若干钟基因产物作为正向或负向调节子影响钟的振荡 ;昼夜性的控时机制同时也需要翻译后事件的参与。这些过程对钟振荡器的稳定性和 /或钟导引的光输入通路有着重要的调控作用     

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。     

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。     

哺乳动物昼夜节律的调控及其分子机制

昼夜节律是生物界普遍存在的一种生命现象,它由生物自身因素控制,并可对环境变化作出应对。综述哺乳动物昼夜节律调控的分子机制及全身组织器官生物钟同步化控制机制。     

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。