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核心生物钟基因Bmal和Per的分子研究揭示在下丘脑-垂体-性腺轴(Hypothalamic Pituitary-Gonadal axis,HPG轴),雌性生殖功能受到分子时钟的调控。生物钟通过一个极其复杂的神经和内分泌网络调控着性荷尔蒙的分泌和生物节律。但是这个复杂网络的详细信息以及生物钟如何通过这个网络调控性激素分泌的分子机制依然模糊。本文以作为发育生物学领域广泛使用的模式生物-斑马鱼(Danio rerio)为研究对象,探索生物钟基因bmal1b对HPG轴上性激素分泌调控的分子机制。核心生物钟蛋白,包括CLOCK、BMAL、PER和CRY的最基本功能是在真核细胞形成的组织和机体中,形成转录/翻译负反馈环路来驱动和调节基因的节律表达,以及相关的生物化学、生理和行为功能。BMAL1是helix-loop-helix(bHLH)Per-aryl hydrocarbon receptor nuclear transporter(ARNT)Sim(PAS)domain 的家族成员,BMAL1通过PAS(PER-ARNT-SIM)结构域和CLOCK形成异二聚体(BMAL1:CLOCK),驱动哺乳动物体内三个Per(Per1,Per 2和Per3)基因和两个Cry(Cry1和Cry2)基因的有节律转录。作为一个关键的节律振荡器,BMAL1:CLOCK控制着大量的基因,包括那些编码生物节律振荡器蛋白的基因表达。虽然Bmal1基因在免疫和炎症反应,肿瘤进发生和机体寿命等逐渐被了解,但是Bmal1基因对生殖发育的影响引起了更广泛的研究兴趣。在哺乳动物中只有一个Bmal1基因,而斑马鱼有两个bmal1基因,bmal1a/arntl1a和bmal1b/arntl1b。Pair-wise比较昆虫和哺乳动物Bmal1基因和蛋白序列表明,斑马鱼的bmal1b和bmal1a密切相关。但是到目前为止,我们仍然不清楚这两个基因的生物学功能及其调节细节。我们首先核实了bmal1b对斑马鱼生物钟调控的重要性,然后我们观察到在bmal1b突变体中发现产卵数量减少,并伴有整个群体偏向雄性性别逆转的发育状况。我们发现这种现象主要是由于在bmal1b突变体斑马鱼中,性激素在转录水平和分泌的下降造成的。双荧光素酶报告基因实验和ChIP实验表明,通过E-box或者 E’-box,Bmal1b 蛋白对 gnrh3、gnrhr2、star、lhb、fshr和esr1 进行调控,而这种调控对于控制性激素在下丘脑-垂体-性腺轴上的分泌节律是非常重要的。特别是,在斑马鱼HPG轴上,Bmal1b对gnrh3的强调节可能是控制GnRH信号释放水平和触发其他性激素释放的最重要的因素。总之,我们的研究揭示了在HPG轴上,生物钟蛋白Bmal1b通过E-box和E’-box调控斑马鱼性激素分泌,进而调节相应的生殖功能和以性激素分泌为特征的第二性征所导致的性别分化中的分子机制。