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Science:基因也有「生物鐘」 至少影響150種疾病

自然界所有生物的生命活動都存在節律現象,這就是我們常說的生物鐘。2017年諾貝爾生理學或醫學獎就授予了發現調控晝夜節律分子機制的3位科學家。而最近,發表在頂級期刊Science上的一項重要研究證實,原來,我們的基因也有“生物鐘”。

圖片來源:Science(DOI:10.1126/science.aao0318)

在這篇題為“Diurnal trans***ome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues”的論文中,來自Salk研究所的科學家們發現,在許多組織類型和大腦區域中,近80%的基因活動都遵循晝夜節律。這也是將生物鐘與基因轉錄聯繫起來的最全面的研究。

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論文的共同通訊作者Satchidananda Panda教授說:“我們首次建立了每日基因表達的參考圖譜。該圖譜是一個了解晝夜節律紊亂如何導致大腦和身體疾病(如抑鬱症、克羅恩病、炎性腸病、心臟病或癌症)的框架。這將對至少150種疾病的機制理解以及療法優化產生巨大影響。

圖片來源:Science

1具體發現

該研究中,利用RNA測序,Panda教授等在24小時內,每2小時追蹤幾十個不同的非人靈長類動物組織的基因表達。結果發現,每個組織都包含一些“在一天中不同的時間以不同的水平表達”的基因。不過,這些有節律(生物鐘)的基因的數量因組織類型而異:從“松果體、腸系膜淋巴結、骨髓等組織中的約200個”到“前額皮質、甲狀腺、臀肌和其他組織中的超過3000個”不等。此外,最常表達的基因(genes that were expressed most often)往往表現出更強的節律性。

在靈長類動物基因組的25,000個基因中,近11,000個基因在所有組織中表達。這些基因主要控制常規的細胞功能,如DNA修復、能量代謝;其中,96.6%的基因在至少1種組織中特別有節律性,即,取樣時間不同,它們的表達會出現顯著變化。

研究還發現,在大多數組織中,基因轉錄在清晨(early morning)和下午晚些時候(late afternoon)達到高峰;在晚餐後的晚上(the evening after dinner)和約就寢時間(around bedtime)平靜下來81.7%的蛋白質編碼基因有節奏效應,這種生物鐘機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

2意義重大

論文的另一共同通訊作者Howard Cooper博士說:“我們的發現提供了新的見解,可能會影響如何進行科學研究的驗證。舉例來說,當科學家們想要重複先前的研究成果時,可能要更加關注具體的實驗是在何時進行的。此外,基因的生物鐘機制也可能會影響藥物的有效性。未來,藥劑師可能會為患者提供關於用藥時間更詳細的說明,包括一天吃幾次,具體何時吃等。”

“我們發現,超過80%被FDA批准的藥物靶點在至少一種組織中具有節律性。而除藥物靶點外,許多其他影響藥物有效性或毒性的機制(如吸收、代謝和排泄)也可能會受到生物鐘的調節。”論文的第一作者Ludovic Mure補充道。

此外,作者們認為,該研究所建立起的基因表達譜也可以幫助科學家們闡明,深夜的生活方式(late-night lifestyles)如何影響人類健康。這可能適用於輪班工作者或任何經常違背晝夜周期的人。同時,這項工作也可能會促進衰老研究,因為隨著人們逐漸變老,這些節律經常會被打亂。

阿波羅網責任編輯:夏雨荷 來源:生物探索綜合 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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