Science：在试管中重修生物钟并研讨它的任务机制

起源：本站原创 2021-10-09 12:05

在一项新的研讨中，来自美国加州年夜学圣克鲁兹分校、加州年夜学默塞德分校和加州年夜学圣地亚哥分校的研讨人在试管中重修了蓝藻的日夜节律钟，使他们可能及时研讨生物钟卵白的节律性互相作用，并相识这些互相作用若何使生物钟对基因表白施加节制。

2021年10月9日讯/BIOON/---咱们心理学的简直每一个方面的日周期（daily cycle）都是由咱们细胞中的生物钟（biological clock）---也称为日夜节律钟（circadian clock）---驱动的。生物钟卵白（clock protein）的周期性互相作用使性命的生物节律与白昼和黑夜的日周期坚持一致，这不仅产生在人类和其他简单的植物身上，乃至产生在复杂的单细胞生物中，如蓝（即蓝藻）。

在一项新的研讨中，来自美国加州年夜学圣克鲁兹分校、加州年夜学默塞德分校和加州年夜学圣地亚哥分校的研讨人在试管中重修了蓝藻的日夜节律钟，使他们可能及时研讨生物钟卵白的节律性互相作用，并相识这些互相作用若何使生物钟对基因表白施加节制。相关研讨成果颁发在2021年10月8日的Science期刊上，论文题目为“Reconstitution of an intact clock reveals mechanisms of circadian timekeeping”。

论文独特通信作者、加州年夜学圣克鲁兹分校化学与生归天学传授Carrie Partch说，“从头开端重修像日夜节律钟如许简单的生物进程，确切帮忙咱们相识了生物钟卵白是若何一路任务的，并将可能更深化地相识日夜节律。”

Partch指出，从蓝藻到人类，日夜节律的分子细节都十分类似。领有一种可以在试管(“体外”)而不是活细胞(“体内”)中研讨的功效性生物钟，为摸索生物钟的机制以及它若何对变动做出反馈提供了一个弱小的平台。该团队在活细胞中进行了试验，证明了他们的体外试验成果与活体蓝藻中的生物钟运转方式一致。

论文独特通信作者、加州年夜学默塞德分校化学与生归天学传授Andy LiWang说，“这些成果是如斯令人诧异，由于体外的成果与体内察看到的成果有些纷歧致是很罕见的。活细胞的外部长短常简单的，与体外的复杂得多的前提造成光显比照。”

这项新研讨树立在日本研讨职员曩昔的研讨任务---在2005年重修了蓝藻日夜节律振荡器（circadian oscillator），即生物钟的根本24小时计时回路---的根底之上。该日夜节律振荡器由三种相关卵白构成：KaiA、KaiB和KaiC。在活细胞中，来自这种日夜节律振荡器的旌旗灯号通过其他卵白通报，以节制日夜轮回中的基因表白。

这种新的体外生物钟除了这三种日夜节律振荡器卵白外，还包含两种激酶卵白（SasA和CikA）和以及一种DNA联合卵白（RpaA）及其DNA靶标。这两种激酶卵白的活性通过与这种日夜节律振荡器互相作用而改动。

LiWang解释说，“SasA和CikA别离激活RpaA和使RpaA失活，使其有节律地联合和不联合DNA。在蓝藻中，这种在其基因组中100多个分歧位点的有节律的联合和不联合，激活和克制了许多对安康和生活紧张的基因的表白。”

应用荧光标志技术，这些作者可能跟踪一切这些生物钟组分之间的互相作用，由于这整个体系在许多天乃至几周内都随同着日夜节律振荡。该体系使得他们可能确定SasA和CikA若何加强这种日夜节律振荡器的持重性，从而在KaiABC卵白自身会结束振荡的前提下坚持它的运转。

在体外重修完全的生物钟，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abd4453。

这些作者还应用这种体外生物钟体系摸索了节律不齐的蓝藻菌株中生物钟中止的本源。他们在RpaA基因中发现了一种招致单个氨基酸变动的渐变，该渐变下降了该基因所编码卵白的DNA联合效率。

论文独特作者、加州年夜学圣地亚哥分校日夜节律生物学中间主任Susan Golden说，“这种转录因子（即RpaA）中的一个氨基酸变动使得蓝藻细胞失去了基因表白的节律性，即便它的生物钟是完全的。”

她弥补说，“这个名目的真正美好之处在于，来自加州年夜学三个校区的团队若何凑集在一路，独特解决细胞若何记载光阴的成绩。踊跃的单干远远超越了次要研讨者的范畴，来自分歧学科的学生和博士后分享学、构造生物学和生物物理学数据，向彼此解释他们的发现的紧张性。跨学科的交流关于这个名目的胜利与研讨者令人印象粗浅的技巧异样紧张。”（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

Archana Chavan et al. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abd4453.

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