蝙蝠核心生物钟基因Per1昼夜表达节律与适应性进化研究

长期以来,生物钟相关研究一直是生命科学领域的热点话题。以往研究表明核心生物钟基因Per1广泛参与哺乳动物昼夜节律调控。然而,Per1基因在具有不同昼夜节律活动模式的哺乳动物中是否发生了遗传位点改变,以及这些改变是否促进了哺乳动物昼夜活动模式的形成和稳定仍有待研究。本研究通过荧光定量PCR、基因克隆测序与分子进化分析方法,对核心生物钟基因Per1开展了深入的分子进化分析,明确了Per1基因在夜行性蝙蝠脑区的昼夜振荡规律,由休息状态到睡眠状态对应着Per1基因表达量的由高到低,睡眠状态的表达量最低,而由觉醒状态到活动状态对应着Per1基因表达量的持续升高,与Per1基因维持中枢生物钟调控功能高度相关;检测到Per1基因序列上的15个潜在受正选择位点与2个显著受正选择位点,其中在夜行性动物中检测到的显著受正选择的1118A氨基酸位点恰好位于该基因编码蛋白的功能域上;通过滑窗分析结果显示,Per1基因在夜行性哺乳动物中的进化速率均普遍高于其在日行性哺乳动物中的进化速率,可能促进了哺乳动物夜行性活动模式的形成和稳定。本研究为深入理解哺乳动物自身稳态维持与适应环境周期性变化的关键分子基础提供新的认知,为生物钟相关研究提供思路和参考。

大负荷运动后骨骼肌核心时钟基因Bmal1/Clock、Cry1/Per1的节律性振荡变化趋势

目的:探讨大负荷运动对骨骼肌核心时钟基因节律性表达的影响。方法:将208只8周龄SD大鼠随机分为对照(control,C)组与运动(Exercise,E)组,E组予以一次大负荷运动训练。每6 h取各组比目鱼肌,采用透射电镜观察骨骼肌纤维超微结构,通过实时荧光定量PCR实验测定骨骼肌核心时钟基因Bmal1、Clock、Cry1、Per1表达量,并使用余弦分析软件circacompare(R package)获取拟合余弦曲线参数,分析其节律性振荡的变化趋势。结果:1)C组Bmal1、Clock、Cry1、Per1 mRNA在72 h内呈现3个完整近日节律周期;E组Bmal1 mRNA、Cry1和Per1mRNA在0~24 h、Clock mRNA在0~72 h近日节律消失。2)与C组相比,E组Bmal1 mRNA在0、6、12和18 h显著升高,Clock mRNA在0 h时显著升高;Cry1、Per1 mRNA在0、12 h显著降低。3)C组各时相肌纤维超微结构正常,E组0、24和48 h均出现不同程度肌小节结构破坏、线粒体肿胀及聚集等改变,72 h有所缓解。结论:一次大负荷运动可诱发骨骼肌核心时钟基因Bmal1/Clock、Cry1/Per1节律振荡紊乱,其变化趋势与肌纤维超微结构损伤时相基本一致。

Per1/Per2 double knockout transcriptome analysis reveals circadian regulation of hepatic lipid metabolism

Scope: Circadian disorder and high-fat diet(HFD)can disturb lipid metabolism homeostasis and may promote the development of various metabolic diseases. The relationship between them is of great concern. This study aimed to explore the effects of Per1/Per2 double knockout(DKO)on hepatic lipid metabolism in mice under HFD and HFD with docosahexaenoic acid(DHA)substitution. Methods and results: Both wild type(WT)and DKO male C57BL/6 mice were fed with normal chow diet(CON), HFD, or HFD with DHA substitution(AO)for 15 weeks. At the end of the experiment, mice were sacrificed at zeitgeber time(ZT)0(7:00 am)or ZT12(7:00 pm). Pathological indicators were determined using histological and biochemical methods. Hepatic transcriptome sequencing analysis showed that DKO mice exhibited multiple dysfunctions in diurnal rhythm, drug metabolism, cell cycle, cancer pathways, and lipid metabolism. HFD had greater effects on fatty acid oxidation and cholesterol synthesis and metabolism in Per1-/-Per2-/-mice, which was improved by DHA substitution. Conclusions: Per1/Per2 played an important role in the circadian regulation of hepatic lipid metabolism, and DKO mice were more sensitive to HFD. DHA can improve circadian-related lipid metabolism disruption induced by HFD in mice.

生物钟基因Per1对鼻咽癌细胞CNE2侵袭迁移及与JAK2-STAT3通路相关蛋白表达的影响

目的:探讨生物钟基因Per1对鼻咽癌细胞CNE2侵袭转移及上皮-间质转化(EMT)的影响,并阐述其与JAK2-STAT3信号通路相关蛋白的关系。方法:实时荧光定量PCR法(qPCR)以及蛋白质印迹法(WB)检测CNE2细胞中Per1基因及蛋白水平;构建Per1基因过表达及干扰慢病毒载体并转染CNE2细胞;实验分为过表达组(Per1-OE)、过表达对照组(Per1-OENC)、干扰组(Per1-sh)、干扰对照组(Per1-shNC);利用划痕愈合、Transwell实验检测Per1基因对各组细胞侵袭、迁移能力;WB检测Per1基因对EMT相关蛋白:E-cadherin、N-cadherin、Vimentin表达的影响;WB检测Per1基因对JAK2-STAT3信号通路相关蛋白表达的影响。结果:WB和PCR结果显示:与人永生化鼻咽上皮细胞NP69相比,Per1在鼻咽癌细胞CNE2中表达降低。通过构建Per1基因过表达及干扰慢病毒载体,有效地上调和下调了CNE2中Per1在转录及蛋白水平的表达,并分别成功筛选出稳转细胞株。划痕实验结果显示:Per1-OE组较Per1-OENC组24 h、48 h细胞迁移率均明显下降(P=0.04,P=0.01),Per1-sh组较Per1-shNC组24 h、48 h细胞迁移率均明显升高(P=0.01,P=0.005)。Transwell实验结果显示:Per1-sh组较Per1-shNC组穿过Transwell小室细胞数明显增加(P=0.02),Per1-OE组较Per1-OENC组穿过Transwell小室细胞数明显减少(P=0.001)。WB结果显示:JAK2、p-JAK2、STAT3蛋白在各组细胞中表达无统计学差异(P>0.05)。Per1-sh组较Per1-shNC组p-STAT3、N-cadherin、Vimentin的蛋白表达下降,E-cadherin表达升高(P<0.05),Per1-OE组较Per1-OENC组p-STAT3、N-cadherin、Vimentin的蛋白表达均升高,E-cadherin表达下降(P<0.05)。结论:过表达Per1基因后可抑制鼻咽癌细胞CNE2侵袭、迁移,使N-cadherin、Vimentin、p-STAT3蛋白表达下降,E-cadherin表达增加;干扰Per1基因后则相反,进而表明Per1基因在鼻咽癌细胞CNE2中可能扮演着抑癌基因的角色;同时我们推测Per1基因与p-STAT3的表达有一定的相关性,但其具体作用机制有待进一步研究。

生物钟基因Per1对人口腔鳞状细胞癌细胞增殖、凋亡、细胞周期和体内成瘤的影响及机理

目的探讨生物钟基因Per1对细胞周期相关基因的调控作用,以及对人口腔鳞状细胞癌细胞SCC15增殖、凋亡、细胞周期和体内成瘤的影响。方法构建3组针对Per1 RNA的短发夹RNA(sh RNA)慢病毒重组质粒,转染SCC15细胞,用蛋白质印迹法(Western blot)及实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测筛选RNA干扰作用最强组为实验组,对照组(Control-sh RNA)为对任何基因均无干扰效应的sh RNA序列的质粒,空白组为未做任何处理的SCC15细胞。用q RT-PCR检测各组细胞中细胞周期相关基因Per1、p53、Cyclin D1、Cyclin E、Cyclin A2、Cyclin B1、CDK1、CDK2、CDK4、CDK6、p16、p21、Wee1、cdc25、E2F、Rb1 mRNA的表达;用流式细胞仪检测各组细胞增殖、凋亡和细胞周期分布;将实验组和空白组细胞分别接种于裸鼠背部皮下,观察成瘤情况。结果成功构建了3组Per1-sh RNA慢病毒质粒,通过q RT-PCR和Western blot证明Per1-sh RNA-Ⅰ组沉默效果最佳,作为实验组。Per1-sh RNA-Ⅰ组中Cyclin D1、Cyclin E、Cyclin B1、CDK1和Wee1 mRNA的表达水平高于Control-sh RNA组和SCC15组(P<0.05),p53、Cyclin A2、p16、p21和cdc25 mRNA的表达水平降低(P<0.05);Control-sh RNA组和SCC15组中各基因mRNA的表达水平无差异(P>0.05)。CDK2、CDK4、CDK6、E2F和Rb1 mRNA的表达水平在3组中均无统计学差异(P>0.05)。Per1-sh RNA-Ⅰ组中细胞增殖指数高于Control-sh RNA组和SCC15组(P<0.05),凋亡指数降低(P<0.05),S期的细胞数降低(P<0.05),G2/M期的细胞数增加(P<0.05)。Control-sh RNA组和SCC15组细胞的增殖指数和凋亡指数无统计学差异(P>0.05)。Per1-sh RNA-Ⅰ组细胞体内成瘤能力显著增强(P<0.05)。结论生物钟基因Perl是重要的抑癌基因,Perl能调控下游众多的细胞周期基因,其表达变化影响细胞周期进程、增殖和凋亡的平衡失调及体内成瘤能力,对Per1深入研究有可能进一步明确癌症的发生发展机制,为癌症的治疗提供新的有效分子靶点。

电针对自由运行状态小鼠SCN内Per1基因表达的影响

目的:研究电针对自由运行状态下小鼠SCN内核心钟基因周期基因(Per1基因)表达的作用,为不同时辰针灸效应规律研究提供分子生物学依据。方法:以小鼠每h转轮活动量筛选符合试验要求的健康昆明种小白鼠24只,按体重随机分为空白组、捆绑组、电针组,每组8只动物。电针组用自制固定器固定动物后,选"百会"、"长强"针刺,电压1～3V,疏密波,频率2/20Hz,时间15min。捆绑组用自制固定器固定15min,不予其它特殊处理。空白组不予任何特殊处理。在小鼠进入自由运行状态第3天于CT6应用实时荧光定量RT-PCR方法观测电针对SCN内per1mRNA表达情况的影响。结果:在CT6针刺,可以下调SCN内per1mRNA表达情况,与空白对照组、捆绑组比较差异有统计学意义。结论:针刺导引节律相位其作用机制可能是:在主观白天中午给予针刺能使SCN内per1基因的表达下调,降低其对正性分子成分的负反馈抑制,从而激活体内的唤醒机制,使活动增加,产生相位超前。

Exendin-4通过拮抗钙超载改善Aβ_(31-35)诱导的HT22海马神经细胞per1基因异常表达

目的:探讨Exendin-4对Aβ_(31-35)所致的HT22神经细胞per1基因异常表达的影响及可能作用机制。方法:本研究采用海马神经细胞HT22作为实验对象。以1%血清饥饿1 h来诱导细胞同步化(CT0)。MTT实验检测细胞存活率;倒置显微镜下观察细胞形态变化;Real-time PCR检测各CT时间per1基因的表达变化;选择per1表达差异最显著的CT时间点,采用流式细胞术检测细胞内钙离子浓度的变化情况。结果:(1)Exendin-4可以明显提高Aβ_(31-35)所致的HT22细胞存活率的下降;(2)镜下观察可见,经Exendin-4预处理后部分改善了Aβ_(31-35)对细胞的损伤作用,细胞形态有所恢复;(3)Aβ_(31-35)使per1基因在CT16时各处理组的相对表达量明显不同;与对照组相比,Aβ_(31-35)使per1基因表达量明显升高;经Exendin-4预处理后,per1基因的表达得到一定程度的恢复,差异具有统计学意义;(4)在CT16时各处理组细胞荧光强度值明显不同,与对照组相比,Aβ_(31-35)使细胞荧光强度明显增强;经Exendin-4预处理后,细胞荧光强度值明显降低,差异具有统计学意义,此结果与加入尼莫地平的结果类似。加入尼莫地平预处理后,检测各个CT时间per1基因表达变化,与Exendin-4预处理组得到的结果类似。结论:Exendin-4通过拮抗钙超载改善Aβ_(31-35)诱导的HT22海马神经细胞per1基因的异常表达。

钟控基因PER1、PER2在乳腺癌中的表达及临床意义

目的:研究钟控基因PER1、PER2在乳腺癌中的表达,明确时钟基因表达在乳腺癌中的作用。方法:取60例乳腺癌患者癌组织和癌旁组织,分别用免疫组化办法检测PER1、PER2基因蛋白表达,与病理和临床结果进行统计学分析。结果:PER1、PER2基因在乳腺癌细胞和癌旁组织中阳性表达率有显著差异(P<0.01)。乳腺癌PER1蛋白表达和ER、PR、c-erb B2表达、组织分级有显著相关性,和年龄、肿瘤大小和分期无相关性。PER2表达和c-erb B2、组织分级有显著相关性,和年龄、ER、PR、肿瘤大小和分期无相关性。结论:钟控基因PER1、PER2表达缺失和乳腺癌发生有关,在乳腺癌发生过程中具有重要作用。

核酶阻断per1表达对吗啡成瘾小鼠海马c-fos转录及表达的影响

目的研究用特异性核酶阻断生物节律基因per1的表达对吗啡成瘾小鼠海马c-fos基因转录及表达的影响。方法制备吗啡成瘾小鼠模型,向小鼠脑室内注射脂质体包裹的重组质粒pcDNA3.1—per1RZDNA,在脑内产生特异性核酶-per1RZ,阻断小鼠脑内生物节律基因per1的表达。作脑组织冰冻切片,用原位杂交和免疫组化法测定小鼠海马c-fos基因转录及表达的变化。结果per1RZ能使吗啡成瘾小鼠海马的c-fos基因转录及表达明显减弱。结论重组质粒表达的per1RZ可以干扰生物节律基因per1的表达,抑制海马c-fos基因的转录和表达,从而控制吗啡成瘾的发生。

酵母双杂交筛选血液中与PERIOD1相互作用的新蛋白

采用酵母双杂交方法,以人PER1的PAS结构域为诱饵,在人血液cDNA文库中筛选能与之相互作用的蛋白.经酶切和核苷酸序列测定,证实重组诱饵载体hper1PAS/pGBKT7构建成功.血cDNA文库转化效率为1.4×106/3μg pGADT7-Rec.酵母双杂交文库营养缺陷筛选得到114个阳性克隆,β-半乳糖苷酶检测报告基因获得46个蓝色克隆.

产PER-1型超广谱β-内酰胺酶革兰阴性杆菌的研究

目的 研究大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和阴沟肠杆菌产PER-1型ESBLs的情况以及耐药特点。方法 2003年8月～2004年6月间，从南昌地区4所医院分离的167株大肠埃希菌、154株肺炎克雷伯菌、67株阴沟肠杆菌，用双纸片扩散法检测ESBLs，用KB法进行药敏试验，PCR扩增PER-1基因，对PER-1基因扩增刖性的菌株，用三相试验进行ESBLs的确证，对PER-1基因扩增阳性的PCR原液进行DNA测序。结果 PER-1基因扩增阳性共16株，其中大肠埃希菌6株、肺炎克雷伯菌5株，阴沟肠杆菌5株，PER-1基因阳性率分别3．6％、3．2％和9．0％；检出两株同时产PER-1型ESBLs和AmpC酶的菌株，分别是肺炎克雷伯菌和阴沟肠杆菌各1株，产PER-1型ESBLs株对头孢他啶、头孢噻肟耐药率为100％，头孢西丁耐药率也达94％，对阿米卡星和头孢吡肟的耐药较低，分别为56％和31％，对亚胺培南的耐药率为0％。结论PER-1基因已在肠杆菌科细菌中播散，亚胺培南或阿米卡星在体外对产PER-1型ESBLs株的抗菌活性强。

生物钟PER1基因在口腔鳞癌中的昼夜节律变化及与体内肿瘤生长的关系

目的探讨生物钟PER1基因在口腔鳞癌中的昼夜节律变化情况和与肿瘤体内生长的关系。方法 60只裸鼠置于12 h光照和12 h黑暗交替环境中饲养3周后,将人颊鳞癌BcaCD885细胞接种于裸鼠颊部,建立口腔颊鳞癌模型。3周成瘤后,在24 h内按灯亮后4、10、16、22 h(4 HALO、10 HALO、16 HALO、22 HALO)的4个时间点分别处死15只裸鼠,取出肿瘤,称量,常规切片在HE染色下计算各时间点肿瘤的有丝分裂指数(MI);分别用S-P免疫组化、Western blot和Real-time RT-PCR检测各时间点癌细胞中PER1蛋白和mRNA的表达;分别用方差分析和余弦分析检验各指标在4个时间点的差异性和是否具有昼夜节律性。结果颊鳞癌细胞PER1蛋白、PER1 mRNA、肿瘤MI和肿瘤质量在昼夜不同时间点具有显著性差异(P<0.01),其变化波动具有昼夜节律性特征(P<0.05);肿瘤MI和肿瘤质量与PER1的表达水平呈反比关系,PER1 mRNA表达的峰值与肿瘤MI和质量的谷值均位于活动相的中期,而PER1 mRNA表达的谷值与肿瘤MI和质量的峰值均位于休息相中期。结论口腔鳞癌中PER1的表达、肿瘤MI和质量在昼夜不同时间点的波动具有24 h昼夜节律性规律,PER1在口腔鳞癌中为抑癌基因。

非O1、非O139型霍乱弧菌中首次发现PER-1超广谱β内酰胺酶

目的明确非O1、非O139型霍乱弧菌中ESBL的基因型及其遗传背景,以探讨该耐药基因传播的机制。方法通过表型确证试验确定细菌是否产生ESBL,通过接合试验了解ESBL是否由质粒介导,通过PCR扩增和序列分析确定ESBL的基因型,通过反向PCR和序列分析了解ESBL基因两侧的结构。结果 ESBL表型确证试验确认菌株RJ354为产ESBL菌株,接合试验证实ESBL基因位于可接合质粒上,PCR、反向PCR扩增和序列分析确定其基因型为blaPER-1,该基因上游序列为ORF513,下游为gst-like基因。结论本研究国际上首次在从非O1、非O139型霍乱弧菌中检出了PER-1型ESBL,而且首次发现该酶基因与一种新的基因元件ISCR1相连,后者可能介导前者的水平转移。

PER-1型超广谱β内酰胺酶在革兰阴性杆菌中的流行情况调查

目的:了解PER-1型超广谱β内酰胺酶(ESBLs)在革兰阴性杆菌中的流行情况。方法:采用纸片扩散试验初筛和确证ESBLs表型,用聚合酶链反应(PCR)扩增耐药基因及PCR产物测序验证PER-1型ESBLs。结果:ESBLs的总检出率27.3％(179/656),PER-1型占ESBLs的8.9％(16/179),产酶菌以鲍曼不动杆菌为主。结论:应加强对PER-1型ESBLs的检测,以有效控制由产生该型ESBLs细菌引起的医院感染。

生物钟Per1基因在人颊部鳞状细胞癌中的表达及临床意义

目的:探讨生物钟基因Per1在口腔颊鳞癌组织中的表达及意义。方法:应用免疫组化SP法和Western blot法检测38例口腔颊鳞癌及其癌旁正常颊黏膜组织中Per1的表达情况,并结合临床病理指标进行探讨。结果:Per1在颊鳞癌中的表达显著低于在癌旁正常颊黏膜组织中的表达(P=0.025)。Per1在Ⅰ、Ⅱ期颊鳞癌中的表达显著高于在Ⅲ、Ⅳ期的表达(P=0.007),在T1、T2期颊鳞癌组织中的表达显著高于在T3、T4期中的表达(P=0.030),在无淋巴结转移者的表达显著高于在有淋巴结转移者中的表达(P=0.008),Per1的表达与患者性别、年龄及病理分级无明显相关性(P均大于0.05)。结论:Per1的表达在口腔鳞癌的发生发展,浸润、转移中可能占重要作用,为口腔颊鳞癌的诊断、预后评估和治疗提供了新的思路。

脑胶质瘤组织中Per1和Per2的表达及临床意义

目的探讨生物钟基因Per1和Per2在人脑胶质瘤细胞和周围正常脑组织中的表达特征。方法采用免疫组化方法检测33例在不同级别的脑胶质瘤和周围正常组织中,生物钟基因Per1和Per2蛋白的表达。结果Per1和Per2在正常脑组织中阳性表达率均为100%;Per1在胶质瘤组织中阳性表达率为84.85%(28/33),Per2在胶质瘤组织中阳性表达率为69.70%(23/33);Per1在胶质瘤Ⅰ-Ⅱ级表达强度高于Ⅲ-Ⅳ级,Per2在胶质瘤Ⅰ-Ⅱ级与Ⅲ-Ⅳ级的表达强度无明显差异。结论生物钟基因Per1和Per2在胶质瘤与正常脑组织存在着阳性表达,Per1表达强度与胶质瘤的恶性程度呈负相关系。

胃癌组织PER1和CRY1蛋白表达及其对患者预后的影响

目的观察分析胃癌组织中PER1和CRY1的表达情况,并探讨其与患者预后的相关性。方法选取我院2008—2012年收治的106例胃癌患者,将106份癌组织标本作为研究组,106份癌旁正常组织标本作为对照组,所有标本组织均行PER1和CRY1蛋白检测。比较两组PER1和CRY1蛋白表达水平,不同临床特征和预后患者间PER1和CRY1蛋白表达水平,并进一步行多因素Cox比例风险回归模型分析寻找影响胃癌患者预后的因素。结果研究组中PER1蛋白和CRY1蛋白阳性表达率显著高于对照组,差异均有统计学意义(P <0. 01)。不同浸润深度、组织学分化程度、是否淋巴结转移以及TNM分期的胃癌患者在PER1和CRY1蛋白表达阳性率方面存在差异(P <0. 05或P <0. 01)。PER1表达阴性和阳性患者5年总生存率分别为100. 00%和68. 63%,差异有统计学意义(χ~2=3. 264,P=0. 048);而CRY1表达阴性和阳性患者5年总生存率分别为79. 31%和58. 33%,差异有统计学意义(χ~2=5. 484,P=0. 019)。经多因素Cox比例风险回归模型分析显示:肿瘤浸润浆膜、低分化肿瘤、TNM分期Ⅲ+Ⅳ期、出现淋巴结转移、PER1阳性及CRY1阳性为胃癌患者预后的独立危险因素。结论胃癌组织中PER1和CRY1蛋白均呈过高表达,且为患者预后的独立危险因素,故可将PER1和CRY1蛋白作为评估胃癌患者预后的指标。

hPer1相互作用蛋白的筛选

目的应用酵母双杂交系统筛选血液中与人体生物钟蛋白Per1相互作用的新蛋白。方法以人Per1的basicHLH-PAS结构域为诱饵,在人血液cDNA文库中筛选与之相互作用的新蛋白。阳性克隆送测序后用生物信息学分析。结果酵母双杂交文库营养缺陷筛选得到114个阳性克隆,β-半乳糖苷酶检测报告基因获得46个蓝色克隆。通过测序和生物信息学分析,其中之一能与Per1相互作用的蛋白为LSMD1。结论通过酵母双杂交系统证明Per1能够与LSMD1发生相互作用。

per1,per2 3′UTR双荧光素酶报告基因重组质粒的构建

构建了包含目的片段小鼠节律基因per1,per2 3′UTR全长的重组质粒,为初步分析转录后可能调控per1,per2基因的miRNAs提供了有效手段。用反转录试剂盒将从小鼠肝脏组织提取的RNA反转录得到cDNA,以获得的cDNA为模板PCR扩增per1,per2 3′UTR全长,经回收纯化、酶切后将目的片段定向克隆到PGL3-promoter质粒上,再经转化扩增挑取克隆进行菌落PCR,对获得的阳性克隆进行酶切鉴定并测序。PCR产物鉴定结果表明,目的片段per1,per2 3′UTR序列扩增成功;菌落PCR及单酶切鉴定结果表明,per1,per2 3′UTR已插入PGL3-promoter载体中;测序结果表明,per1,per2 3′UTR插入序列,插入方向正确。per1,per2 3′UTR双荧光素酶报告基因重组质粒的成功构建为进一步研究节律基因转录后的调控机制奠定了基础。