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腾讯登录Science:科学家发现基因可能普遍存在“生理周期”
| 导读 | <blockquote>美国科学家发现，身体各个器官的数千个基因，每天的起伏变化也都是可预测的，它们的活动周期则受多种复杂方式的控制。相关论文已发表在《科学》杂志网站上。</blockquote>
了解基因在一天中如何周期性地开关，是掌握许多生理功能的关键，包括睡眠和新陈代谢。霍华德·休斯医学院研究人员、得克萨斯大学西北医学中心的约瑟夫·塔卡哈斯在上世纪90年代发现了节律... |
<blockquote>美国科学家发现，身体各个器官的数千个基因，每天的起伏变化也都是可预测的，它们的活动周期则受多种复杂方式的控制。相关论文已发表在《科学》杂志网站上。</blockquote>
了解基因在一天中如何周期性地开关，是掌握许多生理功能的关键，包括睡眠和新陈代谢。霍华德·休斯医学院研究人员、得克萨斯大学西北医学中心的约瑟夫·塔卡哈斯在上世纪90年代发现了节律基因及其蛋白质产物，他和其他研究人员确定了该基因为CLOCK，并发现其他两种蛋白BMAL1和NPAS2，能在白天与基因结合激活它们，另外4个节律调控因子是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样协调配合，共同维持身体24小时生理节奏的。<!--more-->
新研究的核心发现是，RNA聚合酶(有了这种酶基因才能转录合成蛋白质)的功能随着生理节律而变化。塔卡哈斯说：“RNA聚合酶Ⅱ的发动是整个基因组周期节律的开始。随着整体RNA聚合酶Ⅱ和转录的调控，全体染色质的状态都受节律生物钟的调控。组蛋白也随着整个基因组的节律被广泛修改，而组蛋白是维持DNA完整性的关键。这表明每个基因都可能按照生理节律的周期被修改。”
此外，他们还做出了许多重要发现。首先是节律调控因子能在许多基因组位点和标靶基因结合。他们研究了小鼠肝脏细胞的基因组，发现超过2万个位点能与1个或多个调控因子结合；其中超过1千个位点能与所有7种调控因子结合，还有许多位点只能与激活或抑制因子二者之一结合。塔卡哈斯说：“我们以前还以为，它们都只与同一位点结合。”
其次，他们研究了肝细胞所有基因每天的表达方式，发现在转录过程中，基因表达并非都控制在转录层次。他们还发现，在一天中RNA聚合酶Ⅱ与基因的结合比基因转录更早发生。周期开始时，转录激活因子CLOCK和BMAL1招来了RNA聚合酶Ⅱ，但被随后出现的抑制因子CRY1给抑制了。结果RNA聚合酶不得不“暂停”几个小时，暂停解除后才开始转录。所以，生理节奏不仅与RNA聚合酶有关，还和“暂停”状态的解除有关。
“这些节律基因的标靶，最高类别的就是新陈代谢路径，所以说生物钟秘密地控制着每天的新陈代谢。这些发现为研究短期转录动力学、生理周期、聚合酶和一般转录提供了新途径。”塔卡哈斯说，下一步是研究RNA聚合酶在一天的节律中是怎样受控的，是什么原因让聚合酶对某些基因在一天里的特定时间暂停，以及其他RNA分子在转录之后是如何被调控的。（<a href="http://www.bioon.com/" target="_blank">生物谷</a>Bioon.com）
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<img src="http://www.bioon.com/biology/UploadFiles/201209/2012091123405276.jpg" alt="" width="85" height="108" border="0" />
<a title="" href="http://www.sciencemag.org/content/early/2012/08/29/science.1226339.long" target="_blank">doi:10.1126/science.1226339</a>
PMC:
PMID:
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<br/><strong>Transcriptional Architecture and Chromatin Landscape of the Core Circadian Clock in Mammals</strong><br/>
Nobuya Koike, Seung-Hee Yoo, Hung-Chung Huang, Vivek Kumar, Choogon Lee, Tae-Kyung Kim, Joseph S. Takahashi
The mammalian circadian clock involves a transcriptional feedback loop in which CLOCK and BMAL1 activate the Period and Cryptochrome genes, which then feedback and repress their own transcription. We have interrogated the transcriptional architecture of the circadian transcriptional regulatory loop on a genome scale in mouse liver and find a stereotyped, time-dependent pattern of transcription factor binding, RNA polymerase II (RNAPII) recruitment, RNA expression, and chromatin states. We find that the circadian transcriptional cycle of the clock consists of three distinct phases: a poised state, a coordinated de novo transcriptional activation state, and a repressed state. Only 22% of mRNA cycling genes are driven by de novo transcription, suggesting that both transcriptional and posttranscriptional mechanisms underlie the mammalian circadian clock. We also find that circadian modulation of RNAPII recruitment and chromatin remodeling occurs on a genome-wide scale far greater than that seen previously by gene expression profiling.
<br/>来源：生物谷
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了解基因在一天中如何周期性地开关，是掌握许多生理功能的关键，包括睡眠和新陈代谢。霍华德·休斯医学院研究人员、得克萨斯大学西北医学中心的约瑟夫·塔卡哈斯在上世纪90年代发现了节律基因及其蛋白质产物，他和其他研究人员确定了该基因为CLOCK，并发现其他两种蛋白BMAL1和NPAS2，能在白天与基因结合激活它们，另外4个节律调控因子是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样协调配合，共同维持身体24小时生理节奏的。<!--more-->
新研究的核心发现是，RNA聚合酶(有了这种酶基因才能转录合成蛋白质)的功能随着生理节律而变化。塔卡哈斯说：“RNA聚合酶Ⅱ的发动是整个基因组周期节律的开始。随着整体RNA聚合酶Ⅱ和转录的调控，全体染色质的状态都受节律生物钟的调控。组蛋白也随着整个基因组的节律被广泛修改，而组蛋白是维持DNA完整性的关键。这表明每个基因都可能按照生理节律的周期被修改。”
此外，他们还做出了许多重要发现。首先是节律调控因子能在许多基因组位点和标靶基因结合。他们研究了小鼠肝脏细胞的基因组，发现超过2万个位点能与1个或多个调控因子结合；其中超过1千个位点能与所有7种调控因子结合，还有许多位点只能与激活或抑制因子二者之一结合。塔卡哈斯说：“我们以前还以为，它们都只与同一位点结合。”
其次，他们研究了肝细胞所有基因每天的表达方式，发现在转录过程中，基因表达并非都控制在转录层次。他们还发现，在一天中RNA聚合酶Ⅱ与基因的结合比基因转录更早发生。周期开始时，转录激活因子CLOCK和BMAL1招来了RNA聚合酶Ⅱ，但被随后出现的抑制因子CRY1给抑制了。结果RNA聚合酶不得不“暂停”几个小时，暂停解除后才开始转录。所以，生理节奏不仅与RNA聚合酶有关，还和“暂停”状态的解除有关。
“这些节律基因的标靶，最高类别的就是新陈代谢路径，所以说生物钟秘密地控制着每天的新陈代谢。这些发现为研究短期转录动力学、生理周期、聚合酶和一般转录提供了新途径。”塔卡哈斯说，下一步是研究RNA聚合酶在一天的节律中是怎样受控的，是什么原因让聚合酶对某些基因在一天里的特定时间暂停，以及其他RNA分子在转录之后是如何被调控的。（<a href="http://www.bioon.com/" target="_blank">生物谷</a>Bioon.com）
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<a title="" href="http://www.sciencemag.org/content/early/2012/08/29/science.1226339.long" target="_blank">doi:10.1126/science.1226339</a>
PMC:
PMID:
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<br/><strong>Transcriptional Architecture and Chromatin Landscape of the Core Circadian Clock in Mammals</strong><br/>
Nobuya Koike, Seung-Hee Yoo, Hung-Chung Huang, Vivek Kumar, Choogon Lee, Tae-Kyung Kim, Joseph S. Takahashi
The mammalian circadian clock involves a transcriptional feedback loop in which CLOCK and BMAL1 activate the Period and Cryptochrome genes, which then feedback and repress their own transcription. We have interrogated the transcriptional architecture of the circadian transcriptional regulatory loop on a genome scale in mouse liver and find a stereotyped, time-dependent pattern of transcription factor binding, RNA polymerase II (RNAPII) recruitment, RNA expression, and chromatin states. We find that the circadian transcriptional cycle of the clock consists of three distinct phases: a poised state, a coordinated de novo transcriptional activation state, and a repressed state. Only 22% of mRNA cycling genes are driven by de novo transcription, suggesting that both transcriptional and posttranscriptional mechanisms underlie the mammalian circadian clock. We also find that circadian modulation of RNAPII recruitment and chromatin remodeling occurs on a genome-wide scale far greater than that seen previously by gene expression profiling.
<br/>来源：生物谷
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