基因或存在“生理周期”生物鐘或對其有控制作用

人體活動有著24小時的節(jié)律周期。以前認為，只有少數基因和蛋白質是周期性地打開、關閉，但據物理學家組織網近日報道，美國科學家發(fā)現，身體各個器官的數千個基因，每天的起伏變化也都是可預測的，它們的活動周期則受多種復雜方式的控制。相關論文已發(fā)表在《科學》雜志網站上。

了解基因在一天中如何周期性地開關，是掌握許多生理功能的關鍵，包括睡眠和新陳代謝。

霍華德·休斯醫(yī)學院研究人員、得克薩斯大學西北醫(yī)學中心的約瑟夫·塔卡哈斯在上世紀90年代發(fā)現了節(jié)律基因及其蛋白質產物，他和其他研究人員確定了該基因為CLOCK，并發(fā)現其他兩種蛋白BMAL1和NPAS2，能在白天與基因結合激活它們，另外4個節(jié)律調控因子是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調配合，共同維持身體24小時生理節(jié)奏的。

新研究的核心發(fā)現是，RNA聚合酶(有了這種酶基因才能轉錄合成蛋白質)的功能隨著生理節(jié)律而變化。塔卡哈斯說：“RNA聚合酶Ⅱ的發(fā)動是整個基因組周期節(jié)律的開始。

隨著整體RNA聚合酶Ⅱ和轉錄的調控，全體染色質的狀態(tài)都受節(jié)律生物鐘的調控。組蛋白也隨著整個基因組的節(jié)律被廣泛修改，而組蛋白是維持DNA完整性的關鍵。這表明每個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。首先是節(jié)律調控因子能在許多基因組位點和標靶基因結合。他們研究了小鼠肝臟細胞的基因組，發(fā)現超過2萬個位點能與1個或多個調控因子結合;其中超過1千個位點能與所有7種調控因子結合，還有許多位點只能與激活或抑制因子二者之一結合。塔卡哈斯說：“我們以前還以為，它們都只與同一位點結合。”

其次，他們研究了肝細胞所有基因每天的表達方式，發(fā)現在轉錄過程中，基因表達并非都控制在轉錄層次。他們還發(fā)現，在一天中RNA聚合酶Ⅱ與基因的結合比基因轉錄更早發(fā)生。周期開始時，轉錄激活因子CLOCK和BMAL1招來了RNA聚合酶Ⅱ，但被隨后出現的抑制因子CRY1給抑制了。

結果RNA聚合酶不得不“暫停”幾個小時，暫停解除后才開始轉錄。所以，生理節(jié)奏不僅與RNA聚合酶有關，還和“暫停”狀態(tài)的解除有關。

“這些節(jié)律基因的標靶，最高類別的就是新陳代謝路徑，所以說生物鐘秘密地控制著每天的新陳代謝。這些發(fā)現為研究短期轉錄動力學、生理周期、聚合酶和一般轉錄提供了新途徑。”

塔卡哈斯說，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某些基因在一天里的特定時間暫停，以及其他RNA分子在轉錄之后是如何被調控的。(常麗君)

（責任編輯：zxwq）