來自霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們確定了幫助維持機(jī)體時(shí)鐘同步的兩個(gè)重要蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。這兩種蛋白CLOCK和 BMAL1相互結(jié)合調(diào)控了成千上萬的在一整天中表達(dá)起伏波動(dòng)的基因的活性。知道這一CLOCK:BMAL1復(fù)合物的結(jié)構(gòu)將幫助研究人員了解這一調(diào)控實(shí)施的復(fù)雜性以及每個(gè)蛋白質(zhì)中突變導(dǎo)致生物鐘出錯(cuò)的機(jī)制。相關(guān)論文發(fā)布在5月31日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

每隔24小時(shí)，我們細(xì)胞內(nèi)的數(shù)百萬“時(shí)鐘”就會(huì)重新設(shè)定一下，幫助調(diào)整睡眠模式、血液和代謝。當(dāng)CLOCK和BMAL1在細(xì)胞內(nèi)相互結(jié)合時(shí)，它們啟動(dòng)了協(xié)調(diào)24小時(shí)周期的*遺傳事件。“CLOCK和BMAL1是真正的生物鐘電池，它們是整個(gè)基因組調(diào)控系統(tǒng)的關(guān)鍵激活子，”德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心HHMI研究員Joseph S. Takahashi說。

Clock基因是*個(gè)被發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了機(jī)體晝夜節(jié)律的哺乳動(dòng)物基因。從1994年到1997年Takahashi的研究小組在一系列的研究論文上發(fā)布了他們對(duì)于Clock基因的初步研究數(shù)據(jù)。自那時(shí)以來，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了成千上萬受與哺乳動(dòng)物生物鐘同步波動(dòng)的CLOCK調(diào)控的基因。

Takahashi 說“令人驚嘆的是我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)身體內(nèi)的幾乎每個(gè)細(xì)胞都有一個(gè)時(shí)鐘。在過去的5年里，這些時(shí)鐘在外周組織中的作用已經(jīng)引起了關(guān)注。”

研究晝夜節(jié)律的科學(xué)家們利用生物化學(xué)和遺傳學(xué)拼湊了每個(gè)晝夜節(jié)律蛋白與CLOCK互作的粗略圖譜。然而直到現(xiàn)在，他們也沒有能夠顯示出CLOCK蛋白的詳細(xì)分子結(jié)構(gòu)。了解這一結(jié)構(gòu)能讓他們看到不同的蛋白質(zhì)是如何能夠同時(shí)結(jié)合在CLOCK上的，或是如何競(jìng)爭結(jié)合位點(diǎn)的，改變晝夜節(jié)律的已知突變又是如何影響這一結(jié)合的。

Takahashi指出CLOCK和BMAL1是一種稱為bHLH-PAS蛋白大家族的成員，bHLH-PAS蛋白參與了從對(duì)環(huán)境污染和低氧水平的反應(yīng)到生成新神經(jīng)細(xì)胞等廣泛的功能。Takahashi 說：“我們不了解結(jié)構(gòu)的并不只有CLOCK，這一類的蛋白質(zhì)此前都從未在晶體學(xué)水平上得到過解析。”

Takahashi解釋說研究人員一直在努力以結(jié)晶形式生成晝夜節(jié)律蛋白，以便利用X射線晶體學(xué)確定它們的結(jié)構(gòu)，通過嘗試不同條件下的實(shí)驗(yàn)，他的研究小組純化出了結(jié)合BMAL1的CLOCK。并非是每種蛋白質(zhì)的全長版本，他們構(gòu)建的版本只包含已知的互作片段。獲得較短的蛋白質(zhì)讓這一過程變得更為容易。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)當(dāng)CLOCK和 BMAL1結(jié)合到一起時(shí)，它們緊密纏繞。CLOCK的接口中心有一個(gè)凹槽是結(jié)合的關(guān)鍵。BMAL1的一個(gè)單氨基酸*嵌入到凹槽中。其他結(jié)合CLOCK的蛋白質(zhì)有可能利用了相同的位點(diǎn)。進(jìn)一步的研究將調(diào)查其他晝夜節(jié)律蛋白結(jié)合這一復(fù)合物的位點(diǎn)，以及每個(gè)蛋白質(zhì)的突變影響結(jié)構(gòu)的機(jī)制。

“因?yàn)檫@些是蛋白質(zhì)的截短版本，我們真正想做的是繼續(xù)獲得全長的結(jié)構(gòu)，”Takahashi說。他們還希望了解Cryptochrome和Period 蛋白時(shí)如何關(guān)閉CLOCK結(jié)合到CLOCK:BMAL1復(fù)合物上的活性的。但這還需要時(shí)間。