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Science:破解生物钟之谜 获新进展

摘要 : 最近,加州大学默塞德分校(UC Merced)的研究人员,对于生物钟之谜的破解又更进了一步。这项研究结果将发表在国际著名期刊《Science》,是由UC Merced教授Andy LiWang带领,该研究发现,一个蛋白质极不寻常的动作,可驱动蓝藻从日间到夜间生物学功能的转变。

 最近,加州大学默塞德分校(UC Merced)的研究人员,对于生物钟之谜的破解又更进了一步。这项研究结果将发表在国际著名期刊《Science》,是由UC Merced教授Andy LiWang带领,该研究发现,一个蛋白质极不寻常的动作,可驱动蓝藻从日间到夜间生物学功能的转变。

自然科学和健康科学研究院(HSRI)的LiWang教授,主要在原子级尺度上研究生物钟——它调节着大约24小时节律的生物活性。他说:“生物钟驱动休息与活动的有力节奏。通常,你的内部生物钟与本地时间同步。晚上,你觉得累了,在早上,你整装待发。当你的生物钟(以及生理和代谢)与你周围的环境不同步时,你会有时差反应。”

LiWang表示,蓝藻是一种很好的研究对象,因为它简单,有三种蛋白驱动着它的生物钟系统——KaiA、KaiB和KaiC,这几种蛋白可以在试管中被重新组装,从而避开了活细胞的复杂性。

这项科学研究,以LiWang教授之前的研究为基础,表明KaiB蛋白在两种不同的三维折叠结构之间切换,对于蛋白质来说这是一种罕见的能力。当它转换折叠结构时,它能结合KaiC并捕捉KaiA,从而发动一个昼夜周期转换,并提供一种联系,将细菌振荡器的计时和信号功能连接起来。

作为一种进行光合作用的有机体,蓝藻需要阳光才能执行生命功能。来自生物钟的信号可让蓝藻细菌准备接收每天的阳光。KaiB蛋白变形这种极不寻常的行为,在这方面起着至关重要的作用。

LiWang说:“如果你在试管中把蓝藻生物钟蛋白与一种能量来源混合,试管就会真正开始滴答作响的生物钟。你可以通过它来计时。这些时钟是怎么做到24小时的速度的呢?”

该团队开始探索这些问题,研究成员包括LiWang、UC Merced博士后Yong-Gang Chang和研究生Roger Tseng,以及来自加州大学圣迭戈分校、戴维斯大学、芝加哥大学的研究人员。

LiWang已经从美国空军、陆军和美国国立卫生研究院获得了超过200万美元的资助,继续构建关于生物钟如何计时的知识体系。成千上万的士兵被部署在世界各地,军队对“最大限度地减少时差相关健康问题、最大限度地提高性能”非常感兴趣。LiWang说:“他们知道我们的研究有着长期的影响。”

他还将他的大部分成果归功于UC Merced和自然科学学院的行政支持。例如,学校最近开始提供资金支持和维护Andy LiWang和Patricia LiWang最初购买的核磁共振(NMR)光谱仪,他们夫妇已经使用启动资金和补助对其维护了几年。

LiWang在《Science》上发表的这项研究成果,是其第一次作为通讯作者在权威杂志发表原创性研究论文。HSRI执行主任Trevor Hirst 说:“LiWang教授在世界知名杂志上发表论文,证明他是这个领域的先锋者,坚定地把UC Merced推向成为一个世界级的研究机构。这些论文还吸引了来自联邦机构、基金会和捐赠的资金支持,这对于UC Merced和HSRI的持续发展,是至关重要的。”

原文标题:A protein fold switch joins the circadian oscillator to clock output in cyanobacteria

原文摘要:Abstract: Organisms are adapted to the relentless cycles of day and night, because they evolved timekeeping systems called circadian clocks, which regulate biological activities with ~24-hour rhythms. The clock of cyanobacteria is driven by a three-protein oscillator comprised of KaiA, KaiB, and KaiC, which together generate a circadian rhythm of KaiC phosphorylation. We show that KaiB flips between two distinct three-dimensional folds, and its rare transition to an active state provides a time delay that is required to match the timing of the oscillator to that of Earth’s rotation. once KaiB switches folds, it binds phosphorylated KaiC and captures KaiA, which initiates a phase transition of the circadian cycle, and it regulates components of the clock-output pathway, which provides the link that joins the timekeeping and signaling functions of the oscillator.

来源: Science 浏览次数:0

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