RNA结合蛋白在昼夜节律中的功能研究

Circadian clock is an endogenous oscillator that drives the rhythmic expression of a large number of genes with a broad impact on metabolism and physiology. Recent evidences indicate that post-transcriptional mechanisms may play essential roles in modulating temporal gene expression for proper circadian function. Our previous study suggested that RNA-binding proteins (RBPs) can influence the expression of circadian genes by posttranscriptional regulation. In this proposed project, we plan to study the circadian function of RBPs that show circadian expression. With a systems biology approach, we will explore the regulation of RBPs by circadian transcription factors. We will examine the changes in transcriptome in a transgenic animal model with the loss of function in RBPs. Combining with the existing CLIP-seq data of RBPs, we will try to reveal how RBPs are integrated into circadian gene regulatory network. Our study will help to establish the crucial molecular link between circadian rhythm and neurodegenerative diseases. Understanding the posttranscriptional regulatory mechanism of circadian clock by RBPs will pave the way for developing better therapeutic treatment for neurological disorders related to the malfunction of circadian clock in human.

生物钟是生物体内源的振荡器，通过驱动大量基因的节律表达而调节代谢和诸多生理过程。通过多年的分子生物学、遗传学研究，目前对昼夜生物节律中起重要作用的核心转录调控网络已经研究的比较清楚。然而最近越来越多的研究表明转录后水平的调控对节律基因的表达也有很重要的作用。RBP是重要的转录后调控分子，人们已经发现几个RNA结合蛋白(RBP)与生物节律和神经退行性疾病有关。申请人的前期工作表明冷激活RBPs参与到节律调控网络中。本项目拟利用系统生物学的方法深入研究RBP在昼夜节律中的功能。通过研究RBP如何受节律转录因子调控、RBP如何通过转录后调控影响核心节律转录调控网络、节律RBP转基因动物模型，构建节律转录因子和RBP的相互作用网络。最后试图通过RBP建立生物节律和神经退行性疾病在分子层次上的联系。深入了解昼夜节律的分子机制和功能将为更好的治疗各种昼夜节律相关的神经系统疾病奠定基础。

昼夜节律是一种在生物界中广泛存在的以24小时为周期的生理现象。昼夜节律通过在转录水平、转录后水平等多种层次上调控基因表达，从而调节动物的许多生理与行为过程。本项目主要是进行RNA结合蛋白（RBP）在昼夜节律中的功能研究。我们首先构建并验证了RBM3敲除小鼠，通过一系列行为学实验，发现RBM3敲除对小鼠的节律行为并没有显著影响，但RBM3敲除小鼠和睡眠剥夺的小鼠一样都表现出对于新物体更少的好奇心和探索能力。通过电镜实验，我们发现RBM3敲除小鼠皮层中突触数量减少。我们通过系统生物学的方法对RBM3敲除小鼠进行研究，利用RNA-seq研究RBM3在转录水平的功能，利用Ribo-seq实验来研究RBM3在翻译水平的靶基因，为RBM3影响神经突触的可塑性提供了分子机制。通过这一系列实验结果，我们提出RBM3在睡眠过程中，调控神经突触的可塑性，进而影响了小鼠的学习能力。在本项目的支持下，我们还发现了另外一个RBP即FUS蛋白在生物节律转录后调控中的重要功能。我们研究显示，当FUS功能出现异常，比如发生病理性突变后，可能会扰乱正常的生物节律和睡眠行为。我们由此建立了FUS与神经退行性疾病在分子层次上的联系。我们通过本项目的研究深入了解昼夜节律的分子机制和功能，这为更好的治疗各种昼夜节律相关的神经系统疾病奠定了重要的基础。