生物钟对于NMD因子UPF1基因表达及下游转录本组的调节作用

以昼夜节律变化为周期的生物钟调节着各种生物的生理和行为，生物钟与人类健康也息息相关。真核生物不同物种的生物钟在分子调节水平上具有高度的保守性。UPF1是调节无义介导的mRNA降解(NMD,nonsense-mediated mRNA decay)的一个重要因子。mRNA在剪接过程中会产生含PTC(提前终止密码)的异常剪接本，这些异常剪接本通过NMD机制降解。如果NMD出现问题，对会基因的正确表达产生严重影响。NMD异常与约1/3人类遗传病有重要关联。我们以分枝状真菌粗糙链孢霉为模式生物的初步研究中发现生物钟调节着UPF1基因的表达，提示生物钟可能通过UPF1对下游转录本组起着调节作用。在此基础上，我们将对生物钟调节NMD及下游转录本组的分子机制进行研究。该项目的深入研究对于阐明真核生物生物钟和NMD信号通路之间的互相作用，以及对于理解NMD相关人类疾病的分子机理都具有重要意义。

生物钟对于生物的环境适应具有重要意义，调控生物分子、生理、代谢和行为近24小时的昼夜节律性变化。粗糙链孢霉生物钟由正调节元件White Collar 1（WC-1）和WC2，和负调节元件FREQUENCY（FRQ）组成的负反馈通路组成。无义介导的RNA降解（Nonsense-mediated RNA decay NMD）是真核生物基因表达质量监控的一种重要机制，可以识别带有提前终止密码子(premature termination codon，PTC)的转录本并进行降解，以避免截断蛋白产物对基因正常功能产生影响。NMD因子包括upf1、upf2、upf3等基因。我们发现upf1-3基因都呈现出近24小时周期的节律性表达，upf1-3基因的启动子部位都存在生物钟调控元件C-box，WC-2可以动态地结合到这些启动子上。这些结果表明，生物钟调控NMD因子的基因表达。生物钟基因frq 的表达在这些敲除菌株中的周期明显缩短，其中upf1ko和upf2ko的周期缩短更为明显。frq的剪接会导致翻译出两种蛋白同源异构体small FRQ(s-FRQ)和l-FRQ， s-FRQ促进长周期而l-FRQ促进短周期，并影响生物钟的温度补偿。在upf1-3ko菌株中frq剪接都显著减少，与生物钟短周期的表型一致。我们进一步分析了与调控剪接有关的可变剪接复合物spliceosome中一些基因在upf1-3ko菌株中的表达情况，发现有部分基因的表达出现了改变；在upf1ko菌株里spliceosome的组装也出现了明显改变。这些结果表明，NMD可以通过调节spliceosome基因表达及组装调节生物钟的周期及温度补偿。为了阐明生物钟调控NMD基因表达的生物学意义，我们研究在光照12小时/黑暗12 小时(LD12:12)等条件下一些含PTC基因的表达情况，发现一些基因含PTC转录本的表达量也受到生物钟的调节。. 本课题从立项至今，完成了所有的既定目标和预期成果。本课题已资助发表（含待发表）生物钟相关SCI论文3篇、中文核心期刊论文1篇。此外，我们还发现NMD特异调节与生物钟相关的蛋白磷酸酶基因的表达，而蛋白磷酸酶对于生物钟也具有重要的调控作用。我们将在其他相关项目的资助下，继续深入进行研究。我们计划将会于2014年产生更多的数据，争取在高影响力期刊上发表。