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。     

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。     

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。     

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。     

美国<科学>周刊评出1998年十大科学进展

宇宙加速膨胀　这项发明说明星系引力无法与将宇宙向各个方向“拉扯”的力相抗衡,宇宙膨胀可能会无限地持续下去。该发现将拓宽人们对宇宙未来的理解。但目前宇宙膨胀的原始推动力仍是个谜。生物节律研究　地球上几乎所有生物都通过自身“生物钟”保持昼夜24小时的生理节律。一系列有关生物钟的研究使人们对于不同生物体内分子“齿轮”驱动生物钟响应光温变化的过程有更深入的了解。几乎一切生物的时间节律机制都具有惊人的共性。7亿年前就进化分离的果蝇和鼠在今天仍含有相同的节律控制蛋白质。这些研究发现将为人们克服时差疲劳和冬季困乏…     

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。     

生理节律及其应用

生理节律(Biorhm program)也叫生理节奏。普遍存在于生物界的各生命过程中,是生物体内存在的一种基本生理现象。不论是单细胞还是多细胞的有机体、动物、植物、人体组织、器官和整体的生理功能,均有周期性节律活动,这种生物体内存在的节律也称“生物钟”。人类     

近日节律调控机制与相关疾病研究进展

近日节律是生命体生理及行为变量遵循内源性的以接近1个太阳日的周期进行循环的生物过程,人体近日节律调控机制及其相关疾病研究已成为当前生物医学新兴领域和研究热点。过去二十年间,以生物钟基因及其相互作用环路为核心的一系列机制研究不断取得新的进展,初步形成了近日节律的分子模型,近年来,生物钟基因在染色体重塑、转录翻译调控、转录后修饰等多个层次的调控模式得到深入的研究。同时,近日节律失控与肿瘤、代谢紊乱等临床疾病的相关性及其影响机的转化研究日益增多,形成了新兴的时间医学。本文谨就近年来近日节律分子机制及其疾病相关研究的概况和最新进展做一总结。     

二种与王蝶生物钟和迁徙相关的基因被发现

美国科研人员最近发现了2种与美洲王蝶的生物钟和迁徙有关的基因,其中一种基因是此前科研人员从未见过的。这一发现有助于专家深入了解王蝶的奇特本能。生物钟是生物生命活动的周期性节律。这种节律与昼夜变化或四季变化等自然界的节律相一致。每年10月底,上亿只美洲王蝶从美国