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Science:对我们的基因而言,时间就是一切

来源:本站原创 2018-02-10 15:30

2018年2月10日/生物谷BIOON/---世间万物皆有自己的季节。这个说法适用于许多人类的努力,不过一项新的研究表明它在分子水平上甚至是真实的。这项研究发现将近80%的基因的活性在许多组织类型和大脑区域中遵循着昼夜节律。相关研究结果于2018年2月8日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues”。
图片来自Salk Institute。

尽管科学家早就知道许多组织都遵循昼夜节律(即生物钟),但这是一项将时间选择和基因转录相关联在一起的最为全面的研究。

论文共同通信作者、沙克生物研究所调节生物学实验室教授Satchidananda Panda说,“这是首次建立每日基因表达的参考图谱。这是为理解昼夜节律紊乱如何导致大脑和身体疾病(如抑郁症、克罗恩病、炎症性肠病、心脏病或癌症)提供一个框架。这将对理解至少150种疾病的致病机制或优化治愈它们的疗法产生巨大的影响。”

利用RNA测序,Panda及其团队在24小时内每隔两小时追踪几十种不同的非人类灵长类动物组织中的基因表达。这些研究人员发现,每种组织都含有基于一天中的不同时间具有不同表达水平的基因。然而,这些“有节律的”基因的数量在不同的组织类型中存在差异:从松果体、肠系膜淋巴结、骨髓和其他组织中的大约200种到前额叶皮层、甲状腺和臀肌等中的大约3000多种。此外,最常表达的基因往往表现出更多的节律性,或随时间的推移发生变化。

就灵长类动物基因组中的25000个基因而言,将近11000个基因在所有组织中表达。在这些基因(大多数调节常规的细胞功能,如DNA修复和能量代谢)当中,大约96.6%的基因在至少一种组织中特别有节律性,而且根据不同的样品采集时间,它们的表达存在着显著的变化。

在大多数组织中,基因转录在清晨和傍晚时达到高峰,在晚饭后和睡觉前平静下来。鉴于81.7%的蛋白编码基因具有节律性,这个定时机制比之前猜测的更加广泛地存在着。

论文共同通信作者Howard Cooper说,“这些发现提供的新见解可能影响验证科学研究的方式,比如试图复制之前研究的科学家可能会更加关注在何时开展特定的测试。除了有助开发新的研究方法之外,这种分子定时机制还可能影响药物的疗效。在未来,药剂师可能会为患者多长时间和何时服用药物提供更详细的指示。

论文第一作者、沙克生物研究所研究员Ludovic Mure说,“我们证实超过80%的受到美国FDA批准的药物靶标在至少一中组织中是有节律性的。除了药物靶标之外,许多影响药物药效或毒性的其他机制,比如药物的吸收、代谢和排泄,都可能受到生物钟的调节。”

这些研究人员建立的基因表达图谱也可能有助科学家阐明深夜的生活方式如何影响人体健康。这可能适用于倒时差工作者或任何经常违背昼夜节律的人。此外,这项研究也可能促进老龄化研究,这是因为随着人们年龄的增长,这些节律经常被打乱。

Panda说,“这份涉及基因如何在不同器官中差异表达的清单,将为我们提供一个框架来了解倒班和其他的打乱如何改变基因的表达方式。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Ludovic S. Mure, Hiep D. Le, Giorgia Benegiamo et al. Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues. Science, Published online: 08 Feb 2018, doi:10.1126/science.aao0318

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