南京大學PNAS解讀生物鐘的奧秘

【資料簡介】

哺乳動物生物鐘是由環(huán)環(huán)相扣的反饋回路組成，近日，南京大學模式動物研究所、美國加州大學舊金山分校等處的研究人員揭示FBXL3在生物節(jié)律反饋環(huán)路中扮演了兩種不同的角色，由此提出了周期確定和維持生物鐘正常工作的新機制。相關(guān)研究論文于2013年3月5日在線發(fā)表在PNAS雜志上。

來自南京大學醫(yī)學院，美國加州大學舊金山分校等處的研究人員通過揭示一種蛋白在哺乳動物生物節(jié)律反饋環(huán)路中的雙重作用，揭示出了一種周期確定和維持生物鐘正常工作的新機制。相關(guān)研究論文于2013年3月5日在線發(fā)表在PNAS雜志上。

文章的通訊作者分別是南京大學醫(yī)學院模式動物研究所徐瓔教授，以及加州大學舊金山分校的Louis J. Ptacek院士，*作者為徐瓔教授實驗室時廣森和邢麗娟。徐瓔教授研究組主要從事生物節(jié)律相關(guān)研究，圍繞尋找新的生物鐘基因及研究生物鐘產(chǎn)生的機制，生物鐘基因的進化與機體功能復(fù)雜性之間的關(guān)系展開研究。

圖1. 顯示了FBXL3作用在E-box與RRE元件上協(xié)同決定生物鐘周期

生物節(jié)律是以生命活動24小時為周期的內(nèi)在周期性節(jié)律。早在世界上*個單細胞生物出現(xiàn)以前，地球已經(jīng)自轉(zhuǎn)了大約20億年，為了適應(yīng)這種晝夜環(huán)境周期性的變化，地球上的許多生物體內(nèi)發(fā)育分化出一個特殊系統(tǒng)——生物鐘，用以協(xié)調(diào)各種不同組織與器官的晝夜節(jié)律。

研究證明哺乳動物生物鐘是由環(huán)環(huán)相扣的反饋環(huán)路組成的，其中一種稱為“Cryptochrome（隱花色素）”的元件是核心負反饋環(huán)路中關(guān)鍵成分，而另外一種核受體家族成員：Rev-Erbα則是互鎖環(huán)路（interlocking loop）中必需組成成分。

為了了解這些不同生物鐘基因的作用，在這篇文章中，研究人員通過構(gòu)建單突變和雙突變小鼠，進行了遺傳相互作用篩選分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Fbxl3缺陷型小鼠中刪除Rev-erbα基因，就能恢復(fù)其生物鐘周期表型。

此外，研究還顯示，F(xiàn)BXL3能通過令Rev-Erb：組蛋白去乙酰化酶3阻遏子復(fù)合物（histone deacetylase 3 corepressor complex）失活，來調(diào)控Rev-Erb/受體相關(guān)孤兒受體結(jié)合元件（RRE）介導的轉(zhuǎn)錄。研究人員通過分析Fbxl3和Cryptochrome雙突變小鼠，還發(fā)現(xiàn)FBXL3也能調(diào)控E-box驅(qū)動基因表達的表達量。

這些研究指出了FBXL3在生物節(jié)律反饋環(huán)路中扮演了兩種不同的角色，從而揭示了一種周期確定和維持生物鐘正常工作的新機制。