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Science:科学家发现控制生物钟周期的关键元件

来源:生物谷 2015-02-02 10:58

  2015年2月2日 讯 /生物谷BIOON/ --在开发治疗睡眠障碍疗法的道路上,研究人员将时差和其它健康问题同生物周期节律相联系起来,近日,刊登在国际杂志Science上的一篇研究论文中,来自达特茅斯Geisel医学研究所的研究人员通过研究鉴别出决定生物钟周期的关键决定子。

  不管真菌、细菌亦或者是人类,生物钟都会影响其一生中的方方面面,在生物昼夜节律中从分子水平来讲,生物振荡器的存在以及组成循环的关键蛋白扮演着重要作用;由于生物钟的周期和关键蛋白的寿命是互相匹配的,因此很多年以来研究人员推测这些蛋白质的稳定性决定着生物钟的周期长度。

  为何24小时的更替会因生物钟蛋白而变化,生物钟蛋白往往会经历互相协调和进行性地修饰,即磷酸化,这实际上可以修饰蛋白的结构和活性从而引发蛋白降解和更替,从本质上来讲,在生物钟蛋白变得不稳定之前其磷酸化过程非常缓慢。文章中研究人员在已知的有机体模型中进行检测发现了这种生物钟周期的关键决定子。研究者Jay Dunlap说道,此前我们都认为当生物钟蛋白被降解时生理周期就会终止,而该周期的长度主要是由生物钟关键蛋白的稳定性而决定的。

  研究者表示,在生物振荡器的负反馈调节过程中,磷酸化本身完全足以改变蛋白质的有效性从而使得生物钟蛋白在反馈过程并不是长期有效,尽管蛋白的降解是最终的结果,但蛋白质的稳定性如果不改变实际上就是决定生物钟周期速度的关键决定因素。

  更让研究人员感兴趣的是他们发现,蛋白质这种稳定性并不是生物钟周期决定子的关键因子,一旦磷酸化作用越过某个特殊的点,不管生物钟蛋白是否降解都不会影响生物钟周期。最后研究者说道,生物钟影响着我们生活的方方面面,本文研究揭示了生物钟如何被控制来改变人类的机体健康。(生物谷Bioon.com)

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Decoupling circadian clock protein turnover from circadian period determination

Luis F. Larrondo1,2,*, Consuelo Olivares-Yañez1, Christopher L. Baker2,†, Jennifer J. Loros2,3, Jay C. Dunlap2,*

Circadian oscillators allow individual organisms to coordinate metabolism with day/night cycles and to anticipate such changes. Such oscillators in fungi and animals share a common regulatory architecture centered on transcription and translation-based negative feedback loops. Within such oscillators, extensive coordinated and progressive phosphorylation of negative element proteins leads to their proteasome-mediated degradation. Current clock models posit that this turnover event is the final essential step in the loop and that the time taken to achieve phosphorylation and turnover determines the speed of the circadian clock. The clock in Neurospora exemplifies such oscillators: FREQUENCY (FRQ) is a negative element, and its half-life is well correlated with circadian period length. Surprisingly, however, using real-time reporters in cells with compromised proteasomal turnover, we unveiled an unexpected uncoupling between negative element half-life and circadian period determination.

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