揭示維持生物鐘蛋白的三維結構
日期：2012-06-14 08:00:43
來自霍華德休斯醫學研究所的科學家們確定了幫助維持機體時鐘同步的兩個重要蛋白質的三維結構。這兩種蛋白CLOCK和 BMAL1相互結合調控了成千上萬的在一整天中表達起伏波動的基因的活性。知道這一CLOCK:BMAL1復合物的結構將幫助研究人員了解這一調控實施的復雜性以及每個蛋白質中突變導致生物鐘出錯的機制。相關論文發布在5月31日的《科學》（Science）雜志上。
每隔24小時，我們細胞內的數百萬“時鐘”就會重新設定一下，幫助調整睡眠模式、血液和代謝。當CLOCK和BMAL1在細胞內相互結合時，它們啟動了協調24小時周期的首個遺傳事件。“CLOCK和BMAL1是真正的生物鐘電池，它們是整個基因組調控系統的關鍵激活子，”德克薩斯大學西南醫學中心HHMI研究員Joseph S. Takahashi說。
Clock基因是第一個被發現導致了機體晝夜節律的哺乳動物基因。從1994年到1997年Takahashi的研究小組在一系列的研究論文上發布了他們對于Clock基因的初步研究數據。自那時以來，他們已經發現了成千上萬受與哺乳動物生物鐘同步波動的CLOCK調控的基因。
Takahashi 說“令人驚嘆的是我們現在發現身體內的幾乎每個細胞都有一個時鐘。在過去的5年里，這些時鐘在外周組織中的作用已經引起了關注。”
研究晝夜節律的科學家們利用生物化學和遺傳學拼湊了每個晝夜節律蛋白與CLOCK互作的粗略圖譜。然而直到現在，他們也沒有能夠顯示出CLOCK蛋白的詳細分子結構。了解這一結構能讓他們看到不同的蛋白質是如何能夠同時結合在CLOCK上的，或是如何競爭結合位點的，改變晝夜節律的已知突變又是如何影響這一結合的。
Takahashi指出CLOCK和BMAL1是一種稱為bHLH-PAS蛋白大家族的成員，bHLH-PAS蛋白參與了從對環境污染和低氧水平的反應到生成新神經細胞等廣泛的功能。Takahashi 說：“我們不了解結構的并不只有CLOCK，這一類的蛋白質此前都從未在晶體學水平上得到過解析。”
Takahashi解釋說研究人員一直在努力以結晶形式生成晝夜節律蛋白，以便利用X射線晶體學確定它們的結構，通過嘗試不同條件下的實驗，他的研究小組純化出了結合BMAL1的CLOCK。并非是每種蛋白質的全長版本，他們構建的版本只包含已知的互作片段。獲得較短的蛋白質讓這一過程變得更為容易。
科學家們發現當CLOCK和 BMAL1結合到一起時，它們緊密纏繞。CLOCK的接口中心有一個凹槽是結合的關鍵。BMAL1的一個單氨基酸完全嵌入到凹槽中。其他結合CLOCK的蛋白質有可能利用了相同的位點。進一步的研究將調查其他晝夜節律蛋白結合這一復合物的精確位點，以及每個蛋白質的突變影響結構的機制。
“因為這些是蛋白質的截短版本，我們真正想做的是繼續獲得全長的結構，”Takahashi說。他們還希望了解Cryptochrome和Period 蛋白時如何關閉CLOCK結合到CLOCK:BMAL1復合物上的活性的。但這還需要時間。
上一篇： 細胞環境對p53分子調控網絡的影響機制
