生物钟如何调节3-D染色质结构

EPFL生物学家和遗传学家已经发现了生物钟如何通过调节染色质的结构来协调24小时的基因表达周期，染色质是细胞紧密缠绕的DNA-蛋白质复合物。这项工作发表在Genes&Development。

生物钟是一种内部的生物“节拍器”，它决定了我们24小时的活动模式。从生物学的角度来说，生物钟确定了一系列蛋白质的合成“节律”，这些蛋白质涉及多种生物过程，这些过程在我们睡眠或醒来时会发生变化。

在细胞中，DNA被紧密地缠绕在称为染色质的复合物中的蛋白质周围。这种3-D结构压缩DNA，防止DNA损伤，并且关键地调节基因表达。DNA折叠允许启动转录的DNA区域(称为启动子)募集远端(远离启动子)DNA区域(称为增强子)以调节基因表达。

遗传学家一直对这种“启动子 - 增强子环化”过程感兴趣，以及它如何在正确的组织和正确的条件下开启基因。然而，关于生物钟如何调节基因表达的关键部分以组织蛋白质表达的昼夜节律，以及如果这种循环的形成在一天中变化，我们知之甚少。

EPFL的Felix Naef实验室现已发现启动子 - 增强子环化与生物钟之间的联系。为此，研究人员在小鼠肝脏和肾脏组织上使用圆形染色体构象捕获(4C-seq)。该技术分析细胞中染色质的空间组织，并检测与特定感兴趣区域相互作用的所有基因组区域。

该研究发现，启动子 - 增强子相互作用在健康小鼠的染色质中沿着24小时循环振荡，而不是没有功能生物钟的小鼠。然后研究人员灭活了一个远端DNA增强子元件，其中包含转录Cryptochrome 1的说明，Cryptochrome 1是一种产生参与维持昼夜节律的蛋白质的基因。这种小的修饰，远离Cryptochrome 1的启动子，被证明足以破坏组织中节律性的染色质环，减少基因转录的每日频率，甚至缩短小鼠运动的昼夜节律。

这是第一个证据表明基因组的非编码区中的突变能够影响昼夜节律运动活动的时期。研究结果表明，由生物钟控制的振荡启动子 - 增强子环化是昼夜节律转录和动物整体24小时循环行为背后的调节层之一。

“最有趣的是，当我们研究一种叫做糖原合成酶2的基因时，我们发现了类似的动态或昼夜节律，”Felix Naef说。“该基因对于肝脏中碳水化合物的储存和血糖稳态调节至关重要，我们的研究结果表明，昼夜节律循环对于肝脏中更广泛的生理功能至关重要。”

该小组的下一步将是研究染色质的动态重排是否可能是小鼠组织中更普遍的现象，控制其他生理功能。他们还将评估其参与时钟相关疾病的情况。

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。