2014年12月28日，蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院王晗課題組，在國際著名學(xué)術(shù)期刊《JournalofBiologicalChemistry》發(fā)表一項最新研究成果，題為“ThezebrafishPeriod2proteinpositivelyregulatesthecircadianclockthroughmediationofRAR-relatedorphanreceptoralpha(Rorα)”。在這項研究中，研究人員利用TALEN技術(shù)，成功制備了兩種斑馬魚per2無效突變體，闡明了Per2在斑馬魚生物鐘中的基本功能，并為PER2在脊椎動物晝夜節(jié)律系統(tǒng)中的積極作用，提供了關(guān)鍵的證據(jù)。

本文通訊作者為蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院博士生導(dǎo)師、特聘教授王晗，其本科畢業(yè)于安徽大學(xué)，獲中科院碩士學(xué)位，美國韋恩州立大學(xué)博士學(xué)位，曾在美國佐治亞醫(yī)學(xué)院、俄勒岡大學(xué)和俄克拉荷馬大學(xué)從事博士后研究和助理教授，2009年至今，任蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院特聘教授、國家重大研究計劃項目首席科學(xué)家。主要研究方向為生物鐘分子遺傳和基因組調(diào)控機制、生物鐘對生殖和發(fā)育的影響、生物鐘進(jìn)化的分子遺傳和基因組機制等領(lǐng)域，曾在NatureGenetics、Development、Evolution和JournalofMolecularEvolution等雜志發(fā)表40余篇學(xué)術(shù)論文。

生物鐘，從生物對地球上光/暗周期長期和持久的適應(yīng)進(jìn)化而來，可以被當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素（例如光、甚至食物）復(fù)位和同步，可以在大約24小時的一段時間內(nèi)調(diào)節(jié)行為和生理學(xué)。在幾種生物（包括藍(lán)藻、粗糙脈孢菌、黑腹果蠅和小鼠）中進(jìn)行的一系列遺傳和生化研究，已經(jīng)確定了晝夜節(jié)律調(diào)控的分子遺傳機制。

斑馬魚（Daniorerio）是研究生物鐘的一種極好模型，具有與果蠅和哺乳動物類似的晝夜節(jié)律調(diào)控組件。光照和溫度是斑馬魚關(guān)鍵的夾帶生物鐘因素，特別是，斑馬魚外周組織可以直接響應(yīng)光信號，產(chǎn)生節(jié)律性。

兩個光受體（Tmt視蛋白和Opsin4.1），已被證明對于斑馬魚外周生物鐘的光夾帶至關(guān)重要。此外，光可以調(diào)控生物鐘，對斑馬魚的細(xì)胞周期和DNA損傷修復(fù)產(chǎn)生影響。盡管轉(zhuǎn)錄/翻譯為基礎(chǔ)的回路也被認(rèn)為在斑馬魚中起作用，但是斑馬魚和哺乳動物之間的晝夜節(jié)律調(diào)控存在顯著的差異。

哺乳動物Period2作為晝夜節(jié)律鐘的一個典型組分，在晝夜節(jié)律、睡眠、代謝和致癌作用中起著重要的作用。在人類當(dāng)中，一個PER2錯義突變通過CK1δ廢止磷酸化作用，并導(dǎo)致家族性睡眠期綜合征（FASPS）。小鼠Per2是一個光反應(yīng)基因，其在視交叉上核（SCN）中的晝夜節(jié)律時相和表達(dá)振幅，可根據(jù)不同的光/暗周期而有所改變。

斑馬魚Per2也是一個光調(diào)節(jié)基因，在恒定黑暗條件下它的表達(dá)顯著減弱。利用轉(zhuǎn)基因魚和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系分析方法，研究人員確定了一種由Per2中D-baox和E-box基序組成的光響應(yīng)模板（LRM）。此外，斑馬魚per2是生物鐘控制的aanat2表達(dá)、編碼褪黑素合成限速酶所必需的。

盡管所有這些重要的研究進(jìn)展都與斑馬魚per2有關(guān)，但是斑馬魚per2沒有酶原穩(wěn)定的遺傳突變，這對于確定其在斑馬魚生物鐘調(diào)控以及其他生命過程中的作用非常關(guān)鍵。

最近，基因組編輯工具鋅指核酸酶（ZFN）、轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）和CRISPR/Cas9已被發(fā)展用以產(chǎn)生位點特異性的DNA雙鏈斷裂（DSBs），可觸發(fā)內(nèi)源性非同源末端連接（NHEJ）DNA修復(fù)途徑，以誘導(dǎo)許多物種（包括斑馬魚）中靶基因的插入缺失突變。

在這項研究中，研究人員利用TALEN成功制備了兩種per2無效突變體（nullmutant；由于大片段插入、缺失或重排而導(dǎo)致基因產(chǎn)物完全無效）斑馬魚。運動實驗表明，Per2突變體斑馬魚在LD（光-暗）條件下和DD（持續(xù)黑暗）條件下2小時的相位延遲，表現(xiàn)出活動減少，實時定量PCR分析表明，在per2突變斑馬魚中，cry1aa、cry1ba、cry1bb和aanat2基因表達(dá)上調(diào)，但是per1b、per3和bmal1b基因表達(dá)下調(diào)，從而表明Per2對于斑馬魚生物鐘是必不可少的。熒光素酶報告基因分析表明，Per2可通過E-box抑制aanat2表達(dá)，并通過RORE增強bmal1b表達(dá)，從而說明Per2在斑馬魚生物鐘中起著雙重作用。細(xì)胞轉(zhuǎn)染和co-IP試驗表明，Per2可通過與orphan核受體Rorα結(jié)合，增強bmal1b的表達(dá)。

該研究還確定，PER2在Bmal1表達(dá)中的積極作用，從斑馬魚到小鼠都是保守的，差異在于，斑馬魚的Per2可通過與Rorα（而不是Rev-erbα）結(jié)合增強bmal1b表達(dá)，而小鼠PER2對Baml1表達(dá)的增強作用，仍然需要RORα介導(dǎo)，即使它與REV-ERBα（而不是RORα）結(jié)合。此外，斑馬魚Per2似乎在許多外周器官中有特異性的調(diào)控作用。

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總而言之，這些結(jié)果有助于闡明Per2在斑馬魚生物鐘中的基本功能，并為PER2在脊椎動物晝夜節(jié)律系統(tǒng)中的積極作用，提供了關(guān)鍵的證據(jù)。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuzhong/523062.html

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