表觀遺傳學開關控制基因節律性轉錄
日期：2012-12-13 09:16:43
當夜晚降臨，我們就會慢慢入睡，這是受晝夜節律circadian cycle影響的結果，我們的每個器官甚至基因中都存在這樣的節律。
Salk研究所的科學家發現，表觀遺傳學修飾是使肝臟活性與晝夜節律同步的遺傳學開關。這一發現能夠幫助人們進一步了解高血糖、高膽固醇等健康威脅背后的機制，文章于近期發表在Cell旗下的Cell Metabolism雜志上。
“我們知道肝臟中的基因會在一天中的不同時段開啟和關閉，這些基因參與了脂肪和膽固醇等物質的代謝，”文章通訊作者，Salk研究所副教授Satchidananda Panda說。“要想要了解這其中的機制，就必須找到控制基因活性的開關。”
令人驚訝的是，研究人員發現上述開關存在于染色質層面，染色質是細胞核中DNA與相關蛋白的緊密包裝形式。眾所周知染色質的改變能夠控制基因活性，但這一機制還從未與晝夜節律聯系起來。
晝夜節律幾乎影響著每種生物，包括植物、細菌、昆蟲和人類。近十年來，科學家們漸漸發現晝夜節律與代謝有著千絲萬縷的聯系。
“早在十八世紀早期，人們就發現黑暗中的植物仍舊依照24小時循環展開葉片。此外，在小黑屋中的志愿者們也可以保持晝夜節律。現在我們明確了這些反應的調控過程，” Salk研究所的Joseph R. Ecker說，他在植物和人體細胞的遺傳學研究中做出了卓越貢獻，并因此剛剛當選為美國科學促進會會士。
嬰兒總會在深夜醒來，這令所有新生兒父母都頗為頭疼，Panda以此為例解釋了人體晝夜節律對行為的影響。嬰兒在深夜醒來不是因為它們沒有接受生活習慣的訓練，而是因為嬰兒體內控制晝夜節律的生物鐘還未發育完全。
“一旦生物鐘發育完成，嬰兒就能夠在夜晚自然睡眠，” Panda說。“此外，老年癡呆患者的睡眠問題也是體內生物鐘退化引起的。”
人類和其他脊椎動物的大腦中，視交叉上核負責控制節律反應，不過機體的內臟器官中也存在生物鐘，這樣的生物鐘負責調節基因于何時何地表達出行使基本功能的蛋白，例如生產葡萄糖作為能源。
在肝臟內，脂肪和膽固醇代謝相關基因的開啟和關閉是與生物鐘同步的。研究顯示，這些基因的開關受到表觀遺傳學修飾的影響，這種“表觀基因組”控制基因的表達時間和表達量。
基因組與表觀基因組之間的相互作用特別復雜，研究人員在小鼠肝臟發現了三千多個表觀基因組元件，調節著14,492個基因的晝夜節律。隨后他們將小鼠基因組與人類基因組進行比較，發現小鼠的許多晝夜節律基因都與人類相同。
研究人員指出，節律性轉錄是維持代謝內穩態所必須的，而表觀遺傳學修飾的動態改變控制著基因的節律性轉錄。
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