Science重要论文：节律调控有新说

　　

生物通报道  来自美国西北大学的科学家证实，一个与神经退行性疾病相关的基因也在调控生物钟正确发挥功能中起关键性的作用。

在这项果蝇研究中，研究人员发现Ataxin-2基因确保了负责作息的生物钟按照24小时节律运作。没有这一基因，果蝇的睡眠-觉醒周期会被打乱，使得果蝇难以定时醒来。

这一研究发现特别有趣之处在于：众所周知，人类Ataxin-2基因突变可导致一种叫做脊髓小脑共济失调（spinocerebellar ataxia ，SCA）的罕见疾病，且与肌萎缩侧索硬化症（ALS，又称作Lou Gehrig病）有关。SCA患者在疾病的其他症状出现之前，通常便开始忍受着睡眠障碍的煎熬。

这一研究将Ataxin-2基因与睡眠-觉醒周期异常联系起来，有可能帮助确定这些神经退行性疾病的病因，以及更深入了解人类道德睡眠-觉醒周期。

这些研究结果发表在5月17日的《科学》（Science）杂志上。西北大学文理学院神经生物学教授Ravi Allada和他实验室的博士后研究人员Chunghun Lim为这篇文章的共同作者。

Period (per)基因是一个在果蝇中得到充分研究的基因，其编码了一种称作PER的蛋白，具有调控昼夜节律的功能。Allada和Lim发现，Ataxin-2帮助促进PER RNA翻译成为了PER蛋白，这是确保生物钟正确运行的一个重要步骤。

“有可能，Ataxin-2的功能是充当了蛋白质转录的一个激活子，这对于你了解何时以及如何突变基因，破坏它的功能，有可能引起诸如ALS或脊髓小脑性共济失调等疾病至关重要，”Allada说。

黑腹果蝇是科学家们研究睡眠-觉醒周期的一个重要模式生物，这是因为果蝇的基因与人类的基因高度保守。

Allada 说“我想说的是，除了果蝇不需要枕头之外，它的睡眠与人类相似。”

Ataxin-2是西北大学研究人员在2年多以前发现的，第二个作为生物钟核心齿轮的基因。他们发现的两个基因发挥了相似的功能。

Allada、Lim和同事们在2011年报告称，发现了一个新基因，他们将之命名为“twenty-four”，其在PER蛋白质翻译中起作用，维持了睡眠觉醒周期按24小时节律运作。

Allada和Lim想更深入地了解twenty-four基因的运作机制，于是他们检测了与twenty-four相关的蛋白。他们发现twenty-four蛋白结合了ATAXIN-2，于是决定开展进一步的调查。在他们的实验中，Allada和Lim发现，Ataxin-2和twenty-four基因在PER蛋白质翻译中似乎是合作伙伴关系。

Allada 说：“我们真正开始确定了一个调控昼夜节律钟的信号通路，其似乎对于支配果蝇早晨醒来的一个特异神经细胞群尤为重要。我们看到Ataxin-2缺失导致了几乎与twenty-four缺失一样的分子和行为后果。”

就如同twenty-four突变时的情况一样，Ataxin-2基因缺失时，大脑昼夜节律齐博点神经元中的PER蛋白变得极少，果蝇的睡眠-觉醒节律遭到破坏。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

ATAXIN-2 Activates PERIOD Translation to Sustain Circadian Rhythms in Drosophila

Evidence for transcriptional feedback in circadian timekeeping is abundant, yet little is known about the mechanisms underlying translational control. We found that ATAXIN-2 (ATX2), an RNA-associated protein involved in neurodegenerative disease, is a translational activator of the rate-limiting clock component PERIOD (PER) in Drosophila. ATX2 specifically interacted with TWENTY-FOUR (TYF), an activator of PER translation. RNA interference–mediated depletion of Atx2 or the expression of a mutant ATX2 protein that does not associate with polyadenylate-binding protein (PABP) suppressed behavioral rhythms and decreased abundance of PER. Although ATX2 can repress translation, depletion of Atx2 from Drosophila S2 cells inhibited translational activation by RNA-tethered TYF and disrupted the association between TYF and PABP. Thus, ATX2 coordinates an active translation complex important for PER expression and circadian rhythms.