家蚕昼夜节律生物钟基因的生物信息学分析

昼夜节律是最普遍的生物节律现象,受遗传基因调控,其分子机制在黑腹果蝇Drosophila melanogaster中有较为深入的研究,在其他昆虫中的研究相对较少。家蚕Bombyx mori的滞育是对昼夜节律授时因子响应的一种现象,可作为研究的参照。通过电子克隆的方法获得了家蚕生物钟基因Bmvri,Bmcyc,Bmtim2,Bmpdp完整的开放阅读框(ORF)序列,以及Bmclk基因的ORF片段,并对上述基因及其表达产物进行了结构分析、染色体定位和系统的分子进化分析,根据这些基因及其表达产物的结构特征结合现有的数据资源,整合了家蚕昼夜节律生物钟反馈环路。

Timeless与生物钟基因

综述了timeless基因的发现、多态性和重要功能。timeless是最先被发现的两个生物钟基因之一。生物钟的昼夜节律由PER、TIM、CLOCK和CYCLE 4个生物钟齿轮组成的正负反馈回路进行调节。其中TIM可以受光因子调控 ,它还可以与PER形成异二聚体 。

极大节旋藻(Arthrospira maxima)生物钟基因kaiC的克隆及分析

以 kaiC 基因簇部分已知序列为引物设计位点,采用 PCR 反应池法从节旋藻基因组 fosmid 文库中筛选到 kaiC 基因克隆,通过步移测序获得了 kaiC 基因全长序列。kaiC基因编码区长1554 bp,基因 GC 碱基含量平均为41.76%,密码子第三位明显偏向于 U。在基因上游385 bp 范围内发现一个可能的启动子序列和一些基因调控元件。KaiC 蛋白分析发现了 Walker A、DXXG、不完整的 Walker B 等重要模体和具有催化作用的功能位点。Southern 杂交的结果证明 kaiC 基因在极大节旋藻中为单拷贝。极大节旋藻 kaiC 基因的特殊结构特征为研究 kai 基因簇的进化提供了重要的启示。

生物钟作用机制及其对动物年节律产生的影响

生物钟几乎存在于所有生命体,是生物适应外界环境的每日周期性变化而产生的内部活动。生物钟在体内受转录-翻译-负反馈环路调控,能调节组织、器官的活动,其正常维持对生物的健康、生长、繁殖等具有重要意义。与之相对,由于环境的四季变化,生物也形成了体内的年周期生理变化,如季节性发情、昆虫滞育等。生物的年节律在外部主要受光周期为主的环境因素影响,在体内则与基因表达、激素含量和细胞组织形态的变化有关。褪黑素是识别外部光周期变化的重要信号,而生物钟在垂体解析褪黑素信号并调控下游信号变化中扮演着重要角色,对环境年度变化的识别和机体年节律的产生具有重要指导作用。本文通过介绍昆虫和哺乳动物的昼夜节律和年节律产生的机制,并结合鸟类的年节律,综述了生物钟对年节律产生影响的作用机制研究进展,以期为今后研究年节律的影响机制提供更广泛的思路。

昼夜节律与自噬相互调控的机制

背景:目前,昼夜节律性自噬已逐渐成为生命科学和人类健康的研究热点,其在维持人类健康方面起着重要的作用,且诸多研究已证实昼夜节律紊乱导致的异常自噬会诱发各种疾病,如神经退行性变、癌症、衰老过程、自身免疫等。随着研究的深入,自噬与昼夜节律调节之间相关联的证据越来越多,但其相互调控机制尚未阐明。目的:探讨昼夜节律与自噬的关系,综述分子生物钟、自噬的昼夜节律、及昼夜节律与自噬相互调控机制的最新研究进展,并对其具体分子机制进行详细的概述。方法:以“circadian rhythm,autophagy,molecular circadian clock,regulation,gene”为英文主题词,以“昼夜节律,自噬,分子生物钟,调控机制,基因”为中文主题词,分别在PubMed数据库、Web of Science、中国知网以及万方数据库检索最新的相关中英文文献,根据纳入及排除标准最终纳入107篇文献进行归纳总结。结果与结论:①昼夜节律是由分子生物钟产生的24 h生理和行为节律,分子生物钟与其产生密切相关,主要是通过BMAL1:CLOCK异源二聚体与靶分子启动子中的E-box结合,进一步激活Cry、Per、Rev-erb和Ror基因的转录,从而介导昼夜节律的产生;②一些参与自噬的基因、转录因子和通路在昼夜变化中具有节律性,其受多个昼夜节律生物钟核心成分(如Per2、BMAL1和REV-ERB)的调控,是功能上连接昼夜节律和自噬的桥梁;③此外,一些分子与药物也能影响自噬和昼夜节律,在节律性自噬的调控中起着至关重要的作用。

昼夜节律及骨骼肌节律与肌少症的关系

在生物钟系统中,中枢分子钟基因之间通过相互作用调控外周分子钟基因,进而同步外周器官和组织的昼夜节律。骨骼肌作为人体最大的组织,已被证实除了受中枢时钟的控制,还受到规律运动等其他因素的控制,在骨骼肌的生长发育、力量和功能等方面表现出节律性。研究发现分子钟缺失或缺陷导致的昼夜节律紊乱会损害骨骼肌健康,甚至导致肌少症。此外,由睡眠问题引发的昼夜节律紊乱也与肌少症有潜在的联系。运动作为改善肌少症的主要手段,其机制很可能是运动对分子钟的调控作用改变了骨骼肌节律,进而促进了骨骼肌的代谢和功能。本文从昼夜节律和骨骼肌节律的分子钟机制出发,探讨其与肌少症发病和改善的关系。

生物钟基因网络中分子噪声诱导的日夜节律振荡及相干共振

研究了果蝇细胞内生物钟基因调节网络的分子噪声,特别讨论了生物钟系统处于略微远离振荡区域的稳态时分子噪声对于时钟蛋白的日夜节律振荡的影响.结果表明:(1)虽然时钟蛋白合成或者衰减的生化反应事件是在随机的时间间隔里随机发生的,但系统可以依赖自身固有的调节机理诱导出明显的日夜节律振荡;(2)分子噪声诱导的日夜节律振荡的相干性可以在合适的分子噪声水平下到达最佳,说明了相干共振现象的发生.

近日节律调控机制与相关疾病研究进展

近日节律是生命体生理及行为变量遵循内源性的以接近1个太阳日的周期进行循环的生物过程,人体近日节律调控机制及其相关疾病研究已成为当前生物医学新兴领域和研究热点。过去二十年间,以生物钟基因及其相互作用环路为核心的一系列机制研究不断取得新的进展,初步形成了近日节律的分子模型,近年来,生物钟基因在染色体重塑、转录翻译调控、转录后修饰等多个层次的调控模式得到深入的研究。同时,近日节律失控与肿瘤、代谢紊乱等临床疾病的相关性及其影响机的转化研究日益增多,形成了新兴的时间医学。本文谨就近年来近日节律分子机制及其疾病相关研究的概况和最新进展做一总结。

昼夜节律及昼夜节律失调性睡眠觉醒障碍研究进展

昼夜节律由视交叉上核生物钟驱动,许多生命活动与生理功能均受昼夜节律的调节,如中枢神经系统活动、自主神经系统活动、内分泌功能、代谢与免疫功能等。在分子水平上,昼夜节律由生物钟基因震荡产生的分子机制调控。内源性的昼夜节律是控制睡眠的主要过程之一。昼夜节律紊乱可引起多种生理功能异常,最常导致睡眠-觉醒周期异常,也可导致其他睡眠障碍、认知功能异常、高血压、糖尿病及肿瘤等一系列疾病及不良后果。近期,昼夜节律与睡眠觉醒之间的联系日益引起研究者们的关注。文中综述了昼夜节律及昼夜节律失调性睡眠觉醒障碍的研究进展。

生物钟调控植物生长发育的研究进展

植物生物钟不仅是细胞内部的计时系统,还是调控植物发育可塑性和环境适应性的重要分子基础,主要由输入途径、核心振荡器、输出信号网络等组成,其中生物钟核心振荡器又可分为中心反馈环、早反馈环以及晚反馈环等。同时,生物钟核心振荡器的核心组分通过转录以及转录后水平等多层级调控的方式,调节植物体内输出信号网络,从而在时间维度上协调植物的生长发育和代谢稳态平衡,以及胁迫的应答等。本文主要概述近年来植物生物钟核心组分在调节下游关键事件如下胚轴生长、开花时间、叶片衰老以及非生物胁迫应答等方面的研究进展,并提出生物钟研究领域亟待解决的科学问题,寄望让生物钟领域的研究成果能为未来智慧育种提供理论上的借鉴。

人体与哺乳动物的生物钟同步机制及疾病

由于地球的自转,地球表面的光照和温度会产生以24 h为周期的节律性波动.与之相适应地,近地表生物的新陈代谢、生长发育、细胞周期等也会随着昼夜更替而改变,形成稳定的昼夜节律.昼夜节律是生命体在自然环境中经过漫长的演化而产生的,但它并不是简单的被动适应,而是由内在的生物钟驱动的,主动与环境进行匹配的过程.那么,生物钟到底是什么?它是如何运作的?生物钟重置的机理是什么?生物钟紊乱对人类的健康又有什么样的影响?这些都是我们关心并期待解答的问题.

昼夜节律调控免疫系统功能的研究进展

昼夜节律是机体多种行为和生理功能以大致24 h为周期的振荡规律,广泛存在于单细胞生物到高等生物的整体、系统、器官、细胞和分子水平。免疫系统中,许多免疫功能(如迁移、趋化、吞噬和免疫因子释放等)及多种免疫参数(如循环白细胞及其亚群的绝对和相对数量、淋巴细胞数量、细胞因子水平和体液免疫反应等)都存在显著的昼夜节律。昼夜节律的维持受细胞内生物钟的调控,生物钟通过时钟基因(clock、bmal1、per、cry)和钟控基因(rev-erbα、rorα、dbp、hlf、tef等)对免疫系统的昼夜节律变化进行调控,从而在维持免疫稳态中发挥重要作用。此外,一些免疫性相关疾病与生物钟系统异常密切相关。该文系统描述了生物钟和免疫系统之间的联系及其在免疫相关疾病中的作用。