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Nature:康奈尔大学确定生物钟蛋白的结构

2011/11/22 来源:生物谷
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导读
你有过昼夜时差颠倒的困扰么?你也许需要调整你的生物钟才能摆脱困扰。康奈尔大学最新的科研项目在时差的问题以及人体关于昼夜规律的调整上有了更进一步的研究。 康奈尔大学的研究人员首次将果蝇体内的某种蛋白质做出了3D晶体结构,这种结构在更高等的生物中均普遍存在——从藻类到植物、动物同时

生物钟蛋白概念图

你有过昼夜时差颠倒的困扰么?你也许需要调整你的生物钟才能摆脱困扰。康奈尔大学最新的科研项目在时差的问题以及人体关于昼夜规律的调整上有了更进一步的研究。

康奈尔大学的研究人员首次将果蝇体内的某种蛋白质做出了3D晶体结构,这种结构在更高等的生物中均普遍存在——从藻类到植物、动物同时也包括人类。

该研究发表在11月13日的《自然》(Nature)上。

虽然人类的昼夜节律或生物钟机制复杂,许多昼夜节律的关键组分被象果蝇一样低等的物种所共享,果蝇可用作理解昼夜节律的模式生物。

称为隐花色素(dCRY)的蛋白在昼夜节律钟中起关键作用,这个蛋白从日光中获取线索,允许生物按24小时的周期调整它们的新陈代谢。

生物钟调节诸如植物花瓣开放闭合与树叶脱落的过程,例如人的饥饿、觉醒与排泄时间及血压变化。人生物钟轻微扰乱会导致哈欠和疲劳,但慢性功能障碍则与一些精神疾病和癌症相关。

Anand Vaidya,为论文第二作者,是资深的化学与化学生物学教授Brain Crane实验室的一名硕士研究生,他说:“研究的目的是在分子水平理解dCRY的结构,此研究应用X射线衍射晶体分析法完成。”08级博士研究生 Brian Zoltowski是论文的第一作者,当前为南卫理公会大学的助理教授。

Vaidya补充道,“确定dCRY的结构是理解这个蛋白功能与机制的起点。”

果蝇昼夜节律钟的主要机制涉及四种蛋白。两种阴性蛋白作为抑制子,抑制其他两种阳性蛋白。没有这种抑制作用,阳性蛋白会活化引发信号通路的基因,最后控制生物的昼夜节律。这种抑制作用被dCRY所阻断,dCRY在白天起作用,与阴性蛋白结合使阴性蛋白降解。这就使生物钟重置,阳性蛋白发挥功能。

通过鉴定dCRY的结构,研究人员发现当一个能与dCRY结合、称为黄素的小分子吸收光后,能有益于蛋白的C-端改变形状,从而使dCRY与阴性蛋白结合。先前研究显示隐花色素,也就是昼夜节律蛋白,当它的C-端移除就会丧失其功能。

Crane说:“隐花色素另一个有趣的方面是,它们与光裂合酶进化性地相关,这种酶利用光线修补由阳光中紫外线辐射引起的DNA损伤”

研究发现dCRY晶体结构与光裂合酶的非常相似。例如,在dCRY分子的C-端确实存在有相同的袋,这与光裂合酶开始修补损伤DNA时所附着的一样。

最近,dCRY被暗指有磁敏感性——即生物感应磁场的能力,包含地球磁场。虽然更好地理解这种现象还需要更多的探究,Cornell的研究提供了一个着手理解此机制的依据。

共同作者包括来自洛克菲勒大学遗传学实验室的研究人员。该研究由国立卫生研究院NIH资助。(生物探索)

 

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