研究人员揭示基因如何指挥机体生物钟

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    [生物通讯]凌晨4点和下午4点带给你的感觉可能有所不同。现在，研究人员终于了解了其中的原因。一项由华盛顿大学医学院的研究人员进行的研究有助于揭开基因是如何指挥我们人体的生物钟的。

    几乎所有的生物都有自己的天然生理和行为节奏。这里的节奏就是我们通常所说的近似以24小时为周期的“生物钟。”受体内生物钟的驱使，生物的自然节奏与外部世界的暗示如光照等是同步的。迄今，已发现8个不同基因编码的蛋白产物是生物钟运行所必需的。科学家认为这些基因反过来也影响着整个机体内其它基因的表达，以便控制诸如睡觉和苏醒等行为的时间。

    来自该医学院3个实验室的研究人员与Affymetrix公司的一个研究小组合作识别出果蝇中22个似乎是受内部生物钟的节奏调节的基因，并发现有更多基因是由光照和生物钟共同调控的。这项研究发表在6月24日期的美国《国家科学研学报》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

    研究的领导人、解剖学与神经生物学教授Paul H. Taghert博士表示，了解内部环境如何应答体内的天然生物钟有助于我们找到可以更好地调整自身、适应环境变化如非常时期的加班、夜班或时差反应等的方法。

    果蝇是最为常用的实验模式生物之一，它尤其适用于生物钟机制的研究。过去，研究人员只能估测受8个生物钟基因影响的基因数目。但现在随着果蝇基因组测序工作的完成，科学家几乎可以细察果蝇14,000个基因中的每一个。

    华盛顿大学的研究小组筛查了现在已免费开放的果蝇基因组数据库。通过DNA微阵列技术，研究人员测定了正常果蝇和缺失8个生物钟基因中的一个的果蝇头部几乎所有14,000个基因在不同时间点的表达水平。

    所有果蝇都接受12小时的光照，然后是12小时的黑暗。这样的昼夜交替循环共持续了96小时（4昼夜）。研究人员在第5天分6个不同的时间点对其中半数果蝇进行了遗传分析。

    剩下的半数果蝇被转移至完全的黑暗环境中，时间为48小时（2天）。黑暗环境下的第3天，研究小组再次分析了6个时间点上基因的表达。研究小组希望通过将果蝇置于连续的黑暗环境下能够检测出因受生物钟的定时系统而非外界条件暗示的调节发生的遗传变化 。

    最后，几乎14,000个基因中的每一个都得到超过70个读码，共产生了约一百万个读码。

    经过复杂的计算机统计分析，研究小组确定，昼夜循环条件下的正常果蝇中，14,000个基因中有72到200个显示出显著的基因表达节律。而这72个基因中有22个在果蝇转移至完全黑暗条件下仍然表现出这种节律性的表达波动。这暗示，这22个基因是受内部生物钟而非外界条件所驱动的。

     对缺失生物钟基因的突变果蝇也进行了同样的实验和处理过程－－昼夜交替与完全黑暗两种条件下基因表达波动的对比。昼夜交替条件下的突变果蝇仍然有18个基因以持久稳定的节律表达，这说明昼夜循环可以直接驱动基因的节律性表达。

    72个基因中余下的32个只有在果蝇的生物钟基因不缺席且置于昼夜交替条件下才有节律奏的表达。还不清楚这些节律性表达基因的生物学功能 。

    最令人惊异的一个研究结果也许就要属发现几百个表达水平不随一天24小时的时间变化而波动，而是戏剧性地根据不同的光照条件或生物钟的有无来变化的基因了。

    “果蝇根据日照长度和生物钟的组合条件来调节这些基因中的大多数的能力赋予我们一个更易于了解季节性时刻变化的模型。”文章的作者之一、眼科学和视觉科学助教Russell N. Van Gelder博士说道。“普遍认为季节性时钟与季节性情感失调（seasonal affective disorder ，SAD)有关，SAD患病个体在冬季会经历周期性情绪消沉和沮丧。

    另有3篇类似的文章很快也会在这篇文章后发表，每篇文章都估测受生物钟控制的基因数目超过100个。该研究识别出的22个基因中的18个也至少在另3项研究之一中识别出来。然而，另3项研究识别出的大多数基因（84％）都没有被2次确认。

    “我们认为我们的分析只是呈现出最小一部分的生物钟基因，我们对此相当自信。”Taghert说。

    欲查询研究的原始数据，请浏览华盛顿大学医学院的网站 http://circadian.wustl.edu。

生物通摘译自BIO.COM