Poly(A)结合蛋白PABPC转录后调控生物钟的功能与分子机制

The circadian clocks are endogenous molecular machinaries which enable organisms to control the rhythms of physiology and behavior, to adapt to the daily cycling environmental factors. In recent years, more and more evidence has uncovered the roles of post-transcriptional regulation in circadian clock. However, many issues regarding the post-transcriptional regulation of clock remain unclear. In the preliminary study, we have found that knockdown of the expression of poly(A)-binding protein cytoplasmic gene (pabpc), in the filamentous fungus Neurospora crassa, caused aberrant expression of the clock genes and disruption of the circadian rhythmicity. In addition, PABPC binds to FRH, which is an important regulator of circadian clock. These preliminary data suggest that PABP might play a critical role in the circadian clock. In this project, we will investigate the underlying mechanism of the regulation of circadian clock by PABPC at the post-transcriptional level. In addition, we will investigate the potential roles of PABPC-related proteins in regulating the circadian clock at both the mRNA and protein levels. Moreover, we will address whether clock regulates the gene expression and function of PABPC to modulate the poly(A) length of mRNAs. This study will shed new light on the post-transcriptional regulation of circadian clock by PABPC as well as the novel functions of PABPC.

生物钟对于各种生物适应环境的昼夜周期性变化非常重要。生物钟由相关基因调控，并进一步调节生理和行为水平的昼夜节律。近年来的研究揭示，转录后调控对于维持生物钟基因表达和正常的昼夜节律具有重要作用，但是其中的很多问题还很不清楚。我们在前期的工作中发现，在模式真菌粗糙链孢霉中，敲减mRNA poly(A)尾结合蛋白PABPC基因会导致昼夜节律的丧失，在分子水平上FRQ、WC-2等生物钟蛋白降解加速。此外，PABPC还可与生物钟的重要调节因子FRH结合，这些数据都表明PABPC蛋白对于生物钟起重要的调节作用。本项目将深入研究PABPC调节生物钟基因的表达的分子机理，此外，我们还将探讨生物钟是否调节PABPC基因，并进而对下游基因的mRNA poly(A)尾长度进行调控。本研究对于阐明PABPC在转录后水平调控生物钟的功能与机制具有重要意义，也将有助于揭示PABPC的新功能。

生物钟对于各种生物适应环境的昼夜周期性变化非常重要。生物钟由相关基因调控，并进一步调节生理和行为水平的昼夜节律。近年来的研究揭示，转录后调控对于维持生物钟基因表达和正常的昼夜节律具有重要作用，但是其中的很多问题还很不清楚。我们在前期的工作中发现，在模式真菌粗糙链孢霉中，敲减mRNA poly(A)尾结合蛋白PABPC基因会导致昼夜节律的丧失，在分子水平上FRQ、WC-2等生物钟蛋白降解加速。在本项目实施的四年时间里，我们首先揭示粗糙链孢霉生物钟PABPC在真菌当中也具有结合poly(A)序列和促进翻译的保守功能，进一步发现生物钟核心FRQ蛋白可与PABPC结合且这种结合具有节律性。PABPC是翻译调节因子，我们发现FRQ也位于翻译复合物polysome组份中，提示FRQ参与翻译调控。通过puromycin脉冲实验揭示生物钟基因确实影响新合成的蛋白量，在野生型菌株里这种影响也具有节律特征。但是，polysome profiling实验结果显示FRQ并不影响翻译速率，因此我们推测FRQ可能通过调节新合成肽的稳定性来调控翻译。采用蛋白酶体抑制剂MG132的实验结果显示，抑制蛋白降解后，表达有FRQ的菌株新合成的多种蛋白显著增加。这些结果共同表明，生物钟可在共翻译水平上通过调节新合成蛋白的稳定性发挥调节翻译的重要作用，这也为理解很多的生物钟蛋白存在于细胞质的非TTFL未知功能提供了一个重要线索。本项目最为相关的重要数据正在整理，准备投稿。