【摘 要】
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近日节律是生物体在行为和生理过程中呈现出的以24小时为周期的节律,这些节律的维持来源于近日时钟在分子层面产生的周期性振荡,且广泛存在于不同物种中,具有极高的保守性。在近日节律调控行为及生理过程中,蛋白质的翻译后修饰(如乙酰化、磷酸化等)对于节律振荡的传递和维持有着重要作用。近年来,许多新型的赖氨酸酰化修饰被发现,但是这些修饰的生理功能尚不清楚。本实验室前期结果发现丙酰化修饰在果蝇头部呈现出系统的近
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近日节律是生物体在行为和生理过程中呈现出的以24小时为周期的节律,这些节律的维持来源于近日时钟在分子层面产生的周期性振荡,且广泛存在于不同物种中,具有极高的保守性。在近日节律调控行为及生理过程中,蛋白质的翻译后修饰(如乙酰化、磷酸化等)对于节律振荡的传递和维持有着重要作用。近年来,许多新型的赖氨酸酰化修饰被发现,但是这些修饰的生理功能尚不清楚。本实验室前期结果发现丙酰化修饰在果蝇头部呈现出系统的近日节律,且该节律受到核心近日时钟基因period的调控。随后通过对果蝇头部进行丙酰组学分析,鉴定到171个蛋白的341个丙酰化修饰位点,其中79(23%)个位点在一天中呈现出明显的节律振荡。为了探究节律性丙酰化修饰的调控机制,我们选取了节律振荡最明显的位点之一,组蛋白H2B的17号赖氨酸位点的丙酰化修饰(H2BK17pr)。由于进食可以调控近日节律,且已知体内的丙酰化基团大多来自氨基酸、脂肪酸的代谢产物,我们推测H2BK17pr的节律受到节律性进食的调控。因此,我们对野生型果蝇进行限制性进食处理,将进食时间仅限于白天或夜间。我们发现与自由进食相比,白天的限制性进食增强了雄性果蝇头部H2BK17pr的振幅,而夜间的限制性进食使得该位点的节律振荡丧失,表明节律性进食参与调控H2BK17pr的节律。接下来我们进一步从分子层面探究H2BK17pr的调控机制。由于部分组蛋白乙酰转移酶(HAT)和去乙酰化酶(HDAC)可能也参与调控丙酰化,我们在果蝇S2细胞系中利用针对这些酶的抑制剂和si RNA进行了筛选,初步发现I型HDAC(HDAC1及HDAC3)和HAT家族中的NEJIRE参与调控H2BK17pr。为了探究H2BK17pr的生理功能,我们获得了H2BK17突变为丙氨酸(H2BK17A)的果蝇,突变使该位点不能发生丙酰化修饰。该突变对果蝇的活动节律周期、强度以及时钟基因的表达无明显影响。通过对野生型和突变体果蝇头部进行时序RNA测序,我们发现近日时钟所调控的下游基因中一部分转录本失去振荡节律(在光暗循环下436个,在持续黑暗条件下943个转录本),而部分野生型中无节律的转录本在突变体中则呈现出节律(光暗循环条件下459个,持续黑暗条件下1277个转录本)。这提示H2BK17pr能系统的调控节律基因的表达。H2BK17突变果蝇中参与糖类代谢、糖酵解、脂肪储存等相关过程的部分基因的节律丧失,而参与氧化还原反应以及横纹肌发育等过程的相关基因获得节律。随后,我们通过实时定量PCR技术对部分差异表达的基因进行了进一步验证。综上所述,我们在果蝇中初步确定了调控H2BK17pr的机制,即H2BK17pr参与调节诸多重要生理过程相关基因的节律表达。本研究可以为我们进一步开展关于丙酰化修饰对于近日节律和生理稳态调控的研究提供基础。
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