生物鐘調(diào)節(jié)3 d染色質(zhì)結(jié)構(gòu)基因的節(jié)奏

EPFL生物學(xué)家和遺傳學(xué)家發(fā)現(xiàn)了生物鐘如何協(xié)調(diào)24小時(shí)周期的基因表達(dá)調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu),緊緊纏繞在一起的dna蛋白質(zhì)復(fù)雜的細(xì)胞。這項(xiàng)工作發(fā)表在基因與發(fā)展

生物鐘是一個(gè)內(nèi)部、生物“節(jié)拍器”,要求我們24小時(shí)的活動(dòng)模式。從生物學(xué)角度來(lái)說(shuō),生物鐘決定了合成的“節(jié)奏”一系列的蛋白質(zhì)參與多種生物學(xué)過(guò)程,轉(zhuǎn)變我們睡覺(jué)或醒來(lái)。

在細(xì)胞中,DNA緊密纏繞在復(fù)雜的蛋白質(zhì)染色質(zhì)。這個(gè)3 d結(jié)構(gòu)契約的DNA,防止DNA損傷,至關(guān)重要的是,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(chēng)為啟動(dòng)子,招募遠(yuǎn)端(遠(yuǎn)離發(fā)起人)的DNA區(qū)域,稱(chēng)為增強(qiáng)劑,調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。

遺傳學(xué)家一直感興趣的這個(gè)“promoter-enhancer循環(huán)”的過(guò)程,以及它如何允許基因要打開(kāi)正確的組織,在合適的條件下。然而,很少有人了解生物鐘調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部分基因表達(dá)組織蛋白表達(dá)的晝夜節(jié)律,如果這個(gè)循環(huán)變化的形成。

Felix的實(shí)驗(yàn)室Naef EPFL已經(jīng)發(fā)現(xiàn)promoter-enhancer循環(huán)和生物鐘之間的聯(lián)系。要做到這一點(diǎn),研究人員使用環(huán)形染色體構(gòu)象捕獲(4 c-seq)對(duì)小鼠肝臟和腎臟組織。技術(shù)分析了染色質(zhì)在細(xì)胞的空間組織和檢測(cè)所有的基因組區(qū)域與特定地區(qū)的利益。

研究發(fā)現(xiàn),promoter-enhancer交互擺動(dòng)在24小時(shí)周期在健康小鼠的染色質(zhì),而不是老鼠沒(méi)有一個(gè)運(yùn)作正常的生物鐘。研究人員然后滅活一個(gè)遠(yuǎn)端DNA增強(qiáng)器元素包含指令抄寫(xiě)隱花色素1,這是一種基因,產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)參與維持生理節(jié)奏本身。這個(gè)小修改,隱花色素1的啟動(dòng)子,足以擾亂節(jié)奏染色質(zhì)組織循環(huán),減少每日頻率的基因的轉(zhuǎn)錄,甚至縮短小鼠的生理周期運(yùn)動(dòng)。

這是第一個(gè)證據(jù)表明,基因組的非編碼區(qū)域的突變能夠影響生理周期的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。研究結(jié)果表明,振蕩promoter-enhancer循環(huán)控制的生物鐘背后,是監(jiān)管層的晝夜轉(zhuǎn)錄和整體動(dòng)物24小時(shí)循環(huán)行為。

“最有趣的是,我們也發(fā)現(xiàn)了相似的動(dòng)態(tài),或者生理循環(huán),當(dāng)我們研究一個(gè)基因稱(chēng)為糖原合酶2,”菲利克斯Naef說(shuō)。“基因是至關(guān)重要的碳水化合物的儲(chǔ)存在肝臟和血糖穩(wěn)態(tài)的規(guī)定,和我們的研究結(jié)果表明,晝夜循環(huán)對(duì)更廣泛的在肝臟生理功能至關(guān)重要。”

組的下一個(gè)步驟將是研究染色質(zhì)的動(dòng)態(tài)重組是否可能是一個(gè)更普遍的現(xiàn)象在小鼠組織,控制其他生理功能。他們還將評(píng)估其參與時(shí)鐘有關(guān)的疾病。

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