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Science:科學(xué)家發(fā)現(xiàn)基因可能普遍存在“生理周期”
點(diǎn)擊次數(shù)：174 發(fā)布時(shí)間：2012-9-17
美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，身體各個(gè)器官的數(shù)千個(gè)基因，每天的起伏變化也都是可預(yù)測(cè)的，它們的活動(dòng)周期則受多種復(fù)雜方式的控制。相關(guān)論文已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
了解基因在一天中如何周期性地開關(guān)，是掌握許多生理功能的關(guān)鍵，包括睡眠和新陳代謝。霍華德·休斯醫(yī)學(xué)院研究人員、得克薩斯大學(xué)西北醫(yī)學(xué)中心的約瑟夫·塔卡哈斯在上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)了節(jié)律基因及其蛋白質(zhì)產(chǎn)物，他和其他研究人員確定了該基因?yàn)镃LOCK，并發(fā)現(xiàn)其他兩種蛋白BMAL1和NPAS2，能在白天與基因結(jié)合激活它們，另外4個(gè)節(jié)律調(diào)控因子是PER1、PER2、CRY1和CRY2，能在夜晚抑制基因。
新研究旨在全面理解激活因子和抑制因子是怎樣協(xié)調(diào)配合，共同維持身體24小時(shí)生理節(jié)奏的。
新研究的核心發(fā)現(xiàn)是，RNA聚合酶（有了這種酶基因才能轉(zhuǎn)錄合成蛋白質(zhì)）的功能隨著生理節(jié)律而變化。塔卡哈斯說(shuō)：“RNA聚合酶Ⅱ的發(fā)動(dòng)是整個(gè)基因組周期節(jié)律的開始。隨著整體RNA聚合酶Ⅱ和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，全體染色質(zhì)的狀態(tài)都受節(jié)律生物鐘的調(diào)控。組蛋白也隨著整個(gè)基因組的節(jié)律被廣泛修改，而組蛋白是維持DNA完整性的關(guān)鍵。這表明每個(gè)基因都可能按照生理節(jié)律的周期被修改。”
此外，他們還做出了許多重要發(fā)現(xiàn)。首先是節(jié)律調(diào)控因子能在許多基因組位點(diǎn)和標(biāo)靶基因結(jié)合。他們研究了小鼠肝臟細(xì)胞的基因組，發(fā)現(xiàn)超過(guò)2萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)能與1個(gè)或多個(gè)調(diào)控因子結(jié)合；其中超過(guò)1千個(gè)位點(diǎn)能與所有7種調(diào)控因子結(jié)合，還有許多位點(diǎn)只能與激活或抑制因子二者之一結(jié)合。塔卡哈斯說(shuō)：“我們以前還以為，它們都只與同一位點(diǎn)結(jié)合。”
其次，他們研究了肝細(xì)胞所有基因每天的表達(dá)方式，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，基因表達(dá)并非都控制在轉(zhuǎn)錄層次。他們還發(fā)現(xiàn)，在一天中RNA聚合酶Ⅱ與基因的結(jié)合比基因轉(zhuǎn)錄更早發(fā)生。周期開始時(shí)，轉(zhuǎn)錄激活因子CLOCK和BMAL1招來(lái)了RNA聚合酶Ⅱ，但被隨后出現(xiàn)的抑制因子CRY1給抑制了。結(jié)果RNA聚合酶不得不“暫停”幾個(gè)小時(shí)，暫停解除后才開始轉(zhuǎn)錄。所以，生理節(jié)奏不僅與RNA聚合酶有關(guān)，還和“暫停”狀態(tài)的解除有關(guān)。
“這些節(jié)律基因的標(biāo)靶，zui高類別的就是新陳代謝路徑，所以說(shuō)生物鐘秘密地控制著每天的新陳代謝。這些發(fā)現(xiàn)為研究短期轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)、生理周期、聚合酶和一般轉(zhuǎn)錄提供了新途徑。”塔卡哈斯說(shuō)，下一步是研究RNA聚合酶在一天的節(jié)律中是怎樣受控的，是什么原因讓聚合酶對(duì)某些基因在一天里的特定時(shí)間暫停，以及其他RNA分子在轉(zhuǎn)錄之后是如何被調(diào)控的