Pgc-1α在斑马鱼生物钟中的作用机制
生命体的生物钟主要有三部分组成：输入通道、输出通道和核心振荡器。在单细胞水平，哺乳动物与鱼类生物钟的分子机制基本相同，主要是由多个基因构成自主调控的转录翻译反馈环路。在这个环路中，CLOCK和BMAL作为环路中的正向调节因子，形成的异二聚体，进入细胞核结合到负向调节因子Per和Cry启动子的E/E’-box元件来激活其转录。随后，在细胞浆中翻译后，PER蛋白和CRY蛋白结合形成复合体进入细胞核内，与CLOCK:BMAL异二聚体相互作用，解除了CLOCK:BMAL异二聚体的转录激活作用，完成一个周期。 过氧化物酶体增殖物受体γ共激活因子家族（Peroxisome proliferator-activated receptor gamma,coactivator1，Pgc-1），共有三个成员，PGC-1α，PGC-1β以及PRC。该家族成员主要参与能量代谢、线粒体增殖、脂类代谢和适应性体温调控等生命活动。其家族的分子作用模式基本相同，即当配体与核受体结合后，招募其他调控因子，共同形成复合体驱动或增强靶基因的转录。 Pgc-1α与能量代谢、线粒体增殖密切相关。早期从小鼠灰色脂肪组织提取并发现Pgc-1α。经过随后十几年的深入研究，其在能量代谢方面的功能也愈发清晰。Pgc-1α突变体小鼠模型研究发现突变体在能量代谢方面有明显异常，并且发现其参与生物钟的调控，因此PGC-1α可以作为连接生物钟与能量代谢的重要纽带。然而，斑马鱼pgc-1α的功能目前尚不清楚。 在本研究中，定量荧光PCR结果显示在LD和DD的条件下，pgc-1α的转录都呈现出明显的振荡。启动子序列分析发现，在pgc-1α的启动子区域有一个D-box原件和多个E-like-box原件。细胞转染实验显示，Bmal1b和Clock1a共转能促进pgc-1α的表达，而Cry1aa抑制了这种激活的作用。qRT-PCR的技术发现，在clock1a突变体中，pgc-1α的表达明显下调。说明生物钟能够直接调控pgc-1α的表达。另外，我们利用Tefa与pgc-1α-luc共转后同样也能提高pgc-1α表达，并且这种激活性的作用能被E4bp4-4所抑制。这些研究结果说明pgc-1α受到E-box介导的和D-box介导的生物钟调节。为了进一步研究pgc-1α在斑马鱼中的作用，我们利用TALEN技术构建了pgc-1α斑马鱼突变体。定量PCR结果发现在pgc-1α突变体斑马鱼体内，在持续黑暗条件下和光暗条件下生物钟基因如bmal1a、bmal1b、bmal2的表达均下调，其它钟基因clock1a、per1b、per2、per3、cry1aa等表达也出现异常。体外细胞实验发现，与哺乳动物类似，Pgc-1α同样也能提高Rorα对bmal1b的激活效应，并且该效应能被Rev-erbα抑制。行为实验发现，不管是光暗条件还是持续黑暗，pgc-1α突变体的活动量均明显高于野生型，说明pgc-1α也斑马鱼生物钟调节中起作用。Pgc-1α在成年斑马鱼的不同组织器官中，对生物钟的影响也各不相同，即存在组织特异性。另外我们发现突变体的代谢相关基因pepck、ucp1、pparα、srebf1等产生明显的下调。这些结果说明了在斑马鱼体内pgc-1α与生物钟之间相互影响，相互调节。 本研究进一步阐明了pgc-1α在斑马鱼生物钟调控中的作用机制，其作为代谢与生物钟之间的纽带作用也愈发清晰。一方面，pgc-1α除了受营养信号的调控影响外还可受生物钟调控；另一方面，pgc-1α不仅参与代谢调控，还可参与斑马鱼生物钟进行调控，且具有组织特异性。因此，当pgc-1α作为医药靶点时，须考虑其对生物钟的影响，而生物钟的紊乱也可通过pgc-1α影响机体代谢。
斑马鱼;生物钟;pgc-1α因子;能量代谢;线粒体增殖
苏州大学
硕士
遗传学
王晗
2015
中文
Q756
72
2015-12-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）