2014年12月28日，蘇州大學基礎醫(yī)學與生物科學學院王晗課題組，在國際著名學術期刊《Journal of BioLogical Chemistry》發(fā)表一項最新研究成果，題為“The zebrafish Period2 protein positively regulates the circadian clock through mediation of RAR-related orphan receptor alpha (Rorα)”。 在這項研究中，研究人員利用TALEN技術，成功制備了兩種斑馬魚per2無效突變體，闡明了Per2在斑馬魚生物鐘中的基本功能，并為PER2在脊椎動物晝夜節(jié)律系統(tǒng)中的積極作用，提供了關鍵的證據(jù)。

本文通訊作者為蘇州大學基礎醫(yī)學與生物科學學院博士生導師、特聘教授王晗，其本科畢業(yè)于安徽大學，獲中科院碩士學位，美國韋恩州立大學博士學位，曾在美國佐治亞醫(yī)學院、俄勒岡大學和俄克拉荷馬大學從事博士后研究和助理教授，2009年至今，任蘇州大學醫(yī)學部基礎醫(yī)學與生物科學學院特聘教授、國家重大研究計劃項目首席科學家。主要研究方向為生物鐘分子遺傳和基因組調(diào)控機制、生物鐘對生殖和發(fā)育的影響、生物鐘進化的分子遺傳和基因組機制等領域，曾在Nature Genetics、Development、Evolution和Journal of molecular Evolution等雜志發(fā)表40余篇學術論文。

生物鐘，從生物對地球上光/暗周期長期和持久的適應進化而來，可以被當?shù)丨h(huán)境因素(例如光、甚至食物)復位和同步，可以在大約24小時的一段時間內(nèi)調(diào)節(jié)行為和生理學。在幾種生物(包括藍藻、粗糙脈孢菌、黑腹果蠅和小鼠)中進行的一系列遺傳和生化研究，已經(jīng)確定了晝夜節(jié)律調(diào)控的分子遺傳機制。

斑馬魚(Danio rerio)是研究生物鐘的一種極好模型，具有與果蠅和哺乳動物類似的晝夜節(jié)律調(diào)控組件。光照和溫度是斑馬魚關鍵的夾帶生物鐘因素，特別是，斑馬魚外周組織可以直接響應光信號，產(chǎn)生節(jié)律性。

兩個光受體(Tmt視蛋白和Opsin4.1)，已被證明對于斑馬魚外周生物鐘的光夾帶至關重要。此外，光可以調(diào)控生物鐘，對斑馬魚的細胞周期和DNA損傷修復產(chǎn)生影響。盡管轉(zhuǎn)錄/翻譯為基礎的回路也被認為在斑馬魚中起作用，但是斑馬魚和哺乳動物之間的晝夜節(jié)律調(diào)控存在顯著的差異。

哺乳動物Period2作為晝夜節(jié)律鐘的一個典型組分，在晝夜節(jié)律、睡眠、代謝和致癌作用中起著重要的作用。在人類當中，一個PER2錯義突變通過CK1δ廢止磷酸化作用，并導致家族性睡眠期綜合征(fasPS)。小鼠Per2是一個光反應基因，其在視交叉上核(SCN)中的晝夜節(jié)律時相和表達振幅，可根據(jù)不同的光/暗周期而有所改變。

斑馬魚Per2也是一個光調(diào)節(jié)基因，在恒定黑暗條件下它的表達顯著減弱。利用轉(zhuǎn)基因魚和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細胞系分析方法，研究人員確定了一種由Per2中D-baox和E-box基序組成的光響應模板(LRM)。此外，斑馬魚per2是生物鐘控制的aanat2表達、編碼褪黑素合成限速酶所必需的。

盡管所有這些重要的研究進展都與斑馬魚per2有關，但是斑馬魚per2沒有酶原穩(wěn)定的遺傳突變，這對于確定其在斑馬魚生物鐘調(diào)控以及其他生命過程中的作用非常關鍵。

最近，基因組編輯工具鋅指核酸酶(ZFN)、轉(zhuǎn)錄激活樣效應物核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9已被發(fā)展用以產(chǎn)生位點特異性的DNA雙鏈斷裂(DSBs)，可觸發(fā)內(nèi)源性非同源末端連接(NHEJ)DNA修復途徑，以誘導許多物種(包括斑馬魚)中靶基因的插入缺失突變。

在這項研究中，研究人員利用TALEN成功制備了兩種per2無效突變體(null mutant;由于大片段插入、缺失或重排而導致基因產(chǎn)物完全無效)斑馬魚。運動實驗表明，Per2突變體斑馬魚在LD(光-暗)條件下和DD(持續(xù)黑暗)條件下2小時的相位延遲，表現(xiàn)出活動減少，實時定量PCR分析表明，在per2突變斑馬魚中，cry1aa、cry1ba、cry1bb和aanat2基因表達上調(diào)，但是per1b、per3和bmal1b基因表達下調(diào)，從而表明Per2對于斑馬魚生物鐘是必不可少的。熒光素酶報告基因分析表明，Per2可通過E-box抑制aanat2表達，并通過RORE增強bmal1b表達，從而說明Per2在斑馬魚生物鐘中起著雙重作用。細胞轉(zhuǎn)染和co-IP試驗表明，Per2可通過與orphan核受體Rorα結(jié)合，增強bmal1b的表達。

該研究還確定，PER2在Bmal1表達中的積極作用，從斑馬魚到小鼠都是保守的，差異在于，斑馬魚的Per2可通過與Rorα(而不是Rev-erbα)結(jié)合增強bmal1b表達，而小鼠PER2對Baml1表達的增強作用，仍然需要RORα介導，即使它與REV-ERBα(而不是RORα)結(jié)合。此外，斑馬魚Per2似乎在許多外周器官中有特異性的調(diào)控作用。

總而言之，這些結(jié)果有助于闡明Per2在斑馬魚生物鐘中的基本功能，并為PER2在脊椎動物晝夜節(jié)律系統(tǒng)中的積極作用，提供了關鍵的證據(jù)。

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