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      生物鐘如何調(diào)節(jié)3-D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)
      
			
      
				2019-04-24 10:38:13
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      EPFL生物學(xué)家和遺傳學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了生物鐘如何通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)來協(xié)調(diào)24小時(shí)的基因表達(dá)周期，染色質(zhì)是細(xì)胞緊密纏繞的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。這項(xiàng)工作發(fā)表在Genes&Development。
      

      生物鐘如何調(diào)節(jié)3-D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)
      

      生物鐘是一種內(nèi)部的生物“節(jié)拍器”，它決定了我們24小時(shí)的活動(dòng)模式。從生物學(xué)的角度來說，生物鐘確定了一系列蛋白質(zhì)的合成“節(jié)律”，這些蛋白質(zhì)涉及多種生物過程，這些過程在我們睡眠或醒來時(shí)會(huì)發(fā)生變化。
      

      在細(xì)胞中，DNA被緊密地纏繞在稱為染色質(zhì)的復(fù)合物中的蛋白質(zhì)周圍。這種3-D結(jié)構(gòu)壓縮DNA，防止DNA損傷，并且關(guān)鍵地調(diào)節(jié)基因表達(dá)。DNA折疊允許啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)域(稱為啟動(dòng)子)募集遠(yuǎn)端(遠(yuǎn)離啟動(dòng)子)DNA區(qū)域(稱為增強(qiáng)子)以調(diào)節(jié)基因表達(dá)。
      

      遺傳學(xué)家一直對(duì)這種“啟動(dòng)子 - 增強(qiáng)子環(huán)化”過程感興趣，以及它如何在正確的組織和正確的條件下開啟基因。然而，關(guān)于生物鐘如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)的關(guān)鍵部分以組織蛋白質(zhì)表達(dá)的晝夜節(jié)律，以及如果這種循環(huán)的形成在一天中變化，我們知之甚少。
      

      EPFL的Felix Naef實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)子 - 增強(qiáng)子環(huán)化與生物鐘之間的聯(lián)系。為此，研究人員在小鼠肝臟和腎臟組織上使用圓形染色體構(gòu)象捕獲(4C-seq)。該技術(shù)分析細(xì)胞中染色質(zhì)的空間組織，并檢測(cè)與特定感興趣區(qū)域相互作用的所有基因組區(qū)域。
      

      該研究發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)子 - 增強(qiáng)子相互作用在健康小鼠的染色質(zhì)中沿著24小時(shí)循環(huán)振蕩，而不是沒有功能生物鐘的小鼠。然后研究人員滅活了一個(gè)遠(yuǎn)端DNA增強(qiáng)子元件，其中包含轉(zhuǎn)錄Cryptochrome 1的說明，Cryptochrome 1是一種產(chǎn)生參與維持晝夜節(jié)律的蛋白質(zhì)的基因。這種小的修飾，遠(yuǎn)離Cryptochrome 1的啟動(dòng)子，被證明足以破壞組織中節(jié)律性的染色質(zhì)環(huán)，減少基因轉(zhuǎn)錄的每日頻率，甚至縮短小鼠運(yùn)動(dòng)的晝夜節(jié)律。
      

      這是第一個(gè)證據(jù)表明基因組的非編碼區(qū)中的突變能夠影響晝夜節(jié)律運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的時(shí)期。研究結(jié)果表明，由生物鐘控制的振蕩啟動(dòng)子 - 增強(qiáng)子環(huán)化是晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄和動(dòng)物整體24小時(shí)循環(huán)行為背后的調(diào)節(jié)層之一。
      

      “最有趣的是，當(dāng)我們研究一種叫做糖原合成酶2的基因時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了類似的動(dòng)態(tài)或晝夜節(jié)律，”Felix Naef說。“該基因?qū)τ诟闻K中碳水化合物的儲(chǔ)存和血糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)至關(guān)重要，我們的研究結(jié)果表明，晝夜節(jié)律循環(huán)對(duì)于肝臟中更廣泛的生理功能至關(guān)重要。”
      

      該小組的下一步將是研究染色質(zhì)的動(dòng)態(tài)重排是否可能是小鼠組織中更普遍的現(xiàn)象，控制其他生理功能。他們還將評(píng)估其參與時(shí)鐘相關(guān)疾病的情況。
      
			

			
        
      
			
      
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