節(jié)律基因數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建及LBR調(diào)控晝夜節(jié)律的機(jī)理.pdf

1、晝夜節(jié)律存在于地球上幾乎所有的生物中。在分子層面上，由一系列的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后反饋環(huán)路構(gòu)成的生物鐘驅(qū)動(dòng)晝夜節(jié)律，使得大量基因呈現(xiàn)出節(jié)律性表達(dá)。在真核生物中，約1％-70%的基因呈現(xiàn)出節(jié)律性表達(dá)。節(jié)律基因的廣泛存在意味著生物鐘功能的重要性。深入了解生物鐘的功能和調(diào)控機(jī)理，是本領(lǐng)域的重要研究方向。
　　本研究通過(guò)文獻(xiàn)檢索收集了多種真核生物中1382個(gè)在轉(zhuǎn)錄水平存在節(jié)律振蕩的基因，并利用這些基因通過(guò)直系同源搜索，在148個(gè)真核生物中計(jì)算鑒定

2、了潛在節(jié)律基因。我們還整合了高通量芯片（microarray）和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA sequencing，RNA-seq）數(shù)據(jù)分析鑒定的潛在節(jié)律基因，以及節(jié)律基因相關(guān)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾信息（PTMs），統(tǒng)一構(gòu)建了包含148個(gè)真核生物的72800個(gè)已知和潛在節(jié)律基因的數(shù)據(jù)庫(kù)CGDB（http://cgdb.biocuckoo.org）。此外，我們利用Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）

3、分析了小鼠、果蠅、擬南芥和脈胞菌等四種模式生物以及人的節(jié)律基因的富集規(guī)律，發(fā)現(xiàn)節(jié)律基因都顯著性的富集在代謝途徑中，暗示生物鐘對(duì)于代謝的調(diào)節(jié)可能是其基礎(chǔ)功能之一，因此在演化上得以保守。
　　鑒于核膜與染色質(zhì)廣泛作用從而影響基因組的空間構(gòu)象，且核膜上的一些成分參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的晝夜節(jié)律，本研究以核膜蛋白Lamin B Receptor（LBR）為切入點(diǎn)，在模式動(dòng)物果蠅和小鼠里進(jìn)行研究，力圖解釋核膜蛋白LBR調(diào)控晝夜節(jié)律的機(jī)理。首先，利

4、用upstream activating sequence（UAS）/GAL4系統(tǒng)和果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)LBR參與調(diào)節(jié)果蠅的晝夜活動(dòng)節(jié)律，過(guò)表達(dá)和干擾LBR均導(dǎo)致果蠅活動(dòng)節(jié)律的周期顯著延長(zhǎng)，節(jié)律減弱。在S2細(xì)胞里，同時(shí)轉(zhuǎn)染LBR siRNA和pAC-period-v5質(zhì)粒，我們觀察到LBR的減少會(huì)引起核心生物鐘蛋白PERIOD（PER）表達(dá)水平顯著下降。在果蠅里，通過(guò)熒光定量反轉(zhuǎn)錄PCR和免疫印跡的方法，我們發(fā)現(xiàn)LBR影響果蠅核心

5、生物鐘基因的轉(zhuǎn)錄本和蛋白水平，利用timGAL4在果蠅的生物鐘細(xì)胞里干擾LBR顯著降低了生物鐘蛋白PER的表達(dá)水平；用cryGAL4-16在果蠅的晝夜節(jié)律神經(jīng)元里過(guò)表達(dá)LBR則導(dǎo)致PER蛋白節(jié)律振蕩的相位延遲。遺傳互作的研究進(jìn)一步顯示LBR與調(diào)控生物鐘的重要磷酸酶microtubule star（mts）和異染色質(zhì)蛋白heterochromatin protein1c（HP1c）協(xié)同作用來(lái)調(diào)控果蠅的活動(dòng)節(jié)律周期。具體為利用pdfGAL4

6、在果蠅的晝夜節(jié)律神經(jīng)元里同時(shí)降低LBR和減弱mts功能，協(xié)同延長(zhǎng)了果蠅的活動(dòng)節(jié)律周期；相反，同時(shí)過(guò)表達(dá)LBR和mts，協(xié)同縮短了果蠅的活動(dòng)節(jié)律周期。利用cryGAL4-39在果蠅的晝夜節(jié)律神經(jīng)元里同時(shí)過(guò)表達(dá)LBR和干擾HP1c則協(xié)同延長(zhǎng)了果蠅的活動(dòng)節(jié)律周期。最后，在小鼠中我們同樣發(fā)現(xiàn)LBR影響核心生物鐘基因的轉(zhuǎn)錄本水平?？偠灾覀兊慕Y(jié)果顯示LBR可能通過(guò)與MTS作用來(lái)增加PER蛋白水平，從而影響晝夜節(jié)律周期。
　　綜上所述，這