我們生理學的幾乎每個方面的日常周期都是由我們細胞中的生物鐘(也稱為生物鐘)驅(qū)動的。時鐘蛋白的周期性相互作用使生命的生物節(jié)律與晝夜交替，這不僅發(fā)生在人類和其他復雜的動物身上，甚至發(fā)生在簡單的單細胞生物中，如藍藻。
一組科學家現(xiàn)在在試管中重建了藍藻的生物鐘，使他們能夠?qū)崟r研究生物鐘蛋白的節(jié)律相互作用，并了解這些相互作用如何使生物鐘能夠控制基因表達。加州大學圣克魯斯分校、加州大學默塞德分校和加州大學圣地亞哥分校三個實驗室的研究人員合作開展了這項研究，該研究于 10 月 8 日發(fā)表在《科學》雜志上。
加州大學圣克魯斯分?；瘜W和生物化學教授 Carrie Partch 說：“從頭開始重建像生物鐘這樣復雜的生物過程確實幫助我們了解生物鐘蛋白質(zhì)如何協(xié)同工作，并將有助于更深入地了解晝夜節(jié)律。”和該研究的通訊作者。
Partch 指出，從藍藻到人類，生物鐘的分子細節(jié)非常相似。擁有一個可以在試管(“體外”)而不是活細胞(“體內(nèi)”)中研究的功能時鐘為探索時鐘的機制及其如何響應(yīng)變化提供了一個強大的平臺。該團隊在活細胞中進行了實驗，以確認他們的體外結(jié)果與生物鐘在活藍細菌中的運作方式一致。
“這些結(jié)果非常令人驚訝，因為體外結(jié)果與體內(nèi)觀察結(jié)果有些不一致是很常見的。與體外更簡單的條件形成鮮明對比的是，活細胞的內(nèi)部非常復雜，”加州大學默塞德分?；瘜W和生物化學教授、該論文的通訊作者 Andy LiWang 說。
這項新研究建立在研究人員之前的工作基礎(chǔ)上，他們在 2005 年重建了藍藻晝夜節(jié)律振蕩器，時鐘的基本 24 小時計時循環(huán)。振蕩器由三個相關(guān)的蛋白質(zhì)組成：KaiA、KaiB 和 KaiC。在活細胞中，來自振蕩器的信號通過其他蛋白質(zhì)傳輸，以控制晝夜節(jié)律中基因的表達。
除了振蕩器蛋白之外，新的體外時鐘還包括兩種激酶蛋白(SasA 和 CikA)，它們的活性通過與振蕩器相互作用而改變，以及 DNA 結(jié)合蛋白 (RpaA) 及其 DNA 靶標。
“SasA 和 CikA 分別激活和停用 RpaA，使其有節(jié)奏地結(jié)合和解綁 DNA，”LiWang 解釋說。“在藍藻中，這種在其基因組中 100 多個不同位點的有節(jié)奏的結(jié)合和解除結(jié)合會激活和停用對健康和生存很重要的許多基因的表達。”
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