圖片來(lái)源：Science（DOI: 10.1126/science.aao0318）
在這篇題為“Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues”的論文中，來(lái)自Salk研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在許多組織類(lèi)型和大腦區(qū)域中，近80%的基因活動(dòng)都遵循晝夜節(jié)律。這也是將生物鐘與基因轉(zhuǎn)錄聯(lián)系起來(lái)的最全面的研究。
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論文的共同通訊作者Satchidananda Panda教授說(shuō)：“我們首次建立了每日基因表達(dá)的參考圖譜。該圖譜是一個(gè)了解晝夜節(jié)律紊亂如何導(dǎo)致大腦和身體疾?。ㄈ缫钟舭Y、克羅恩病、炎性腸病、心臟病或癌癥）的框架。這將對(duì)至少150種疾病的機(jī)制理解以及療法優(yōu)化產(chǎn)生巨大影響。”
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具體發(fā)現(xiàn)
該研究中，利用RNA測(cè)序，Panda教授等在24小時(shí)內(nèi)，每2小時(shí)追蹤幾十個(gè)不同的非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物組織的基因表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每個(gè)組織都包含一些“在一天中不同的時(shí)間以不同的水平表達(dá)”的基因。不過(guò)，這些有節(jié)律（生物鐘）的基因的數(shù)量因組織類(lèi)型而異：從“松果體、腸系膜淋巴結(jié)、骨髓等組織中的約200個(gè)”到“前額皮質(zhì)、甲狀腺、臀肌和其他組織中的超過(guò)3000個(gè)”不等。此外，最常表達(dá)的基因（genes that were expressed most often）往往表現(xiàn)出更強(qiáng)的節(jié)律性。
在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物基因組的25,000個(gè)基因中，近11,000個(gè)基因在所有組織中表達(dá)。這些基因主要控制常規(guī)的細(xì)胞功能，如DNA修復(fù)、能量代謝；其中，96.6%的基因在至少1種組織中特別有節(jié)律性，即，取樣時(shí)間不同，它們的表達(dá)會(huì)出現(xiàn)顯著變化。
研究還發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)組織中，基因轉(zhuǎn)錄在清晨（early morning）和下午晚些時(shí)候（late afternoon）達(dá)到高峰；在晚餐后的晚上（the evening after dinner）和約就寢時(shí)間（around bedtime）平靜下來(lái)。81.7%的蛋白質(zhì)編碼基因有節(jié)奏效應(yīng)，這種生物鐘機(jī)制比先前懷疑的要廣泛得多。
The research team pictured in front of the chronobiology facility established by Howard Cooper, at the Institute of Primate Research in Nairobi, Kenya.Credit: Institute of Primate Research
意義重大
論文的另一共同通訊作者Howard Cooper博士說(shuō)：“我們的發(fā)現(xiàn)提供了新的見(jiàn)解，可能會(huì)影響如何進(jìn)行科學(xué)研究的驗(yàn)證。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)科學(xué)家們想要重復(fù)先前的研究成果時(shí)，可能要更加關(guān)注具體的實(shí)驗(yàn)是在何時(shí)進(jìn)行的。此外，基因的生物鐘機(jī)制也可能會(huì)影響藥物的有效性。未來(lái)，藥劑師可能會(huì)為患者提供關(guān)于用藥時(shí)間更詳細(xì)的說(shuō)明，包括一天吃幾次，具體何時(shí)吃等。”
“我們發(fā)現(xiàn)，超過(guò)80% 被FDA批準(zhǔn)的藥物靶點(diǎn)在至少一種組織中具有節(jié)律性。而除藥物靶點(diǎn)外，許多其他影響藥物有效性或毒性的機(jī)制（如吸收、代謝和排泄）也可能會(huì)受到生物鐘的調(diào)節(jié)?！?論文的第一作者Ludovic Mure補(bǔ)充道。
此外，作者們認(rèn)為，該研究所建立起的基因表達(dá)譜也可以幫助科學(xué)家們闡明，深夜的生活方式（late-night lifestyles）如何影響人類(lèi)健康。這可能適用于輪班工作者或任何經(jīng)常違背晝夜周期的人。同時(shí)，這項(xiàng)工作也可能會(huì)促進(jìn)衰老研究，因?yàn)殡S著人們逐漸變老，這些節(jié)律經(jīng)常會(huì)被打亂。
參考資料：
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