Science专题：生物钟生理学

无论是植物，动物，还是细菌真菌，在生理或者分子机理作用方面都存在昼夜节律（circadian rhythms），11月25日Science杂志以“CIRCADIAN PHYSIOLOGY”为题，介绍了近年来生物钟，昼夜节律研究领域的新进展，专题包括多篇综述与社论，主要围绕生物钟与健康，免疫力，睡眠，神经退行性疾病等方面。

生物通报道：无论是植物，动物，还是细菌真菌，在生理或者分子机理作用方面都存在昼夜节律（circadian rhythms），但是要进行这一领域的研究并不容易，首先需要跨越模型系统，昼夜节律研究包含了核心生物钟蛋白和其调控因子之间的详细分子相互作用，维持多变环境中，一段持续时间内稳定的系统整体水平分析，还有对于不同的外部刺激，比如光线和营养，神经生物学，生理学的变化如何整合到对内部生物钟的影响，以及后续行为中的。

11月25日Science杂志以“CIRCADIAN PHYSIOLOGY”为题，介绍了近年来生物钟，昼夜节律研究领域的新进展，专题包括多篇综述与社论，主要围绕生物钟与健康，免疫力，睡眠，神经退行性疾病等方面。

基因组“暗物质”也有节律

宾夕法尼亚大学Perelman医学院研究人员利用一些基于高密度DNA测序的新工具，检测了全体小鼠肝脏中增强子的活性。他们发现许多的增强子，像昼夜节律基因一样，与邻近基因协调一致地呈日常振荡——增强子和基因活性都在每天的同一时间达到高峰。

这些增强子的活性转而受到称作为转录因子的独特蛋白控制。基于它们达到高峰的时间，研究小组将这些增强子分为8个三小时时段，并探讨了在每一组中哪些因子能够结合这些增强子。值得注意的是，研究小组发现在同一时段的增强子往往结合相同的转录因子。

移植生物钟

为了适应地球自转引起的昼夜周期性变化，我们进化出了协调昼夜节律的生物钟。当然生物钟并不是人类的专利，地球上绝大多数植物、动物、真菌和蓝藻都具有生物钟。哈佛医学院的合成生物学家Pamela Silver教授领导研究团队，将蓝藻的生物钟体系移植到了原本没有昼夜节律的细菌中。

研究人员将天然系统看作模块，以可预测和可编程的方式操纵生物学回路，他们用这一方法成功为大肠杆菌赋予了昼夜节律，这些大肠杆菌日后可以用于益生菌药物，对肠道菌群进行监控。

研究人员从蓝藻中提取了这一蛋白回路，并将其移植到大肠杆菌E. coli中，给非节律性的E. coli中建立了生物钟。将这一回路与其他基因表达元件关联，就可以根据昼夜循环来影响代谢和行为。在这项研究中，KaiABC与荧光蛋白关联，E. coli会随着昼夜节律发出荧光。

生物钟蛋白的分子机制

在这一研究方向，Cell曾推荐了四篇文章，比如德克萨斯大学西南医学中心生理系华裔科学家：刘一教授完成的生物昼夜节律分子机理研究成果。

真核生物的昼夜节律调节器包含自动调整负调节反馈回路。然而，科学家们对转录后的RNA对昼夜调节的作用却知之甚少。刘一研究组以脉孢菌为模型，发现负反馈回路，FRQ和来自FFC复合物的FRH共同抑制frq的转录。研究发现FFC结合在frq RNA是上，与外核体相互协调共同调控frq RNA的衰退。结果，当FRQ低水平时，frq RNA粗略的控制生物昼夜节律。如果frq RNA水平降低，RRP44被沉默会导致昼夜节律功能受损。

此外，研究发现rrp44是个节律控制基因，它的基因表达产物直接作用于WHITE COLLAR复合物，RRP44通过表达ccgs来控制节律。这些实验表明，FFC和外核体是组成转录后负调控反馈环路的组成部分。

（生物通：万纹）

原文摘选：

Our bodies' internal timepieces drive daily rhythms and influence health

Sometimes the pursuit of data clashes with a researcher's own circadian rhythms.

Circadian clocks: Not your grandfather’s clock

Circadian time signatures of fitness and disease

Immunity around the clock

Mechanisms linking circadian clocks, sleep, and neurodegeneration

Circadian physiology of metabolism