小鼠肝脏昼夜节律生物钟转录因子动态调控网络的研究

As a peripheral circadian rhythmic organ, liver carries out diverse functions in the different phase of the clock and transcription regulation has been firmly established as the driving force for the clock. Due to technical limitations, a panoramic view of proteome-wide transcription factor oscillations is not available. In the previous study, we report the development of an affinity reagent - a concatenated tandem array of the consensus TFREs (catTFRE) that permits identification of endogenous TFs’ DNA binding activities at the proteome scale. Using this technique, we can enrich and identify hundreds and thousands of endogenous transcription factors in cell lines and tissues. The goal of this proposal is to profile the dynamic of TF sub-proteome in circadian rhythm of mouse liver, and to investigate dominant functions of TFs in different time phases of the circadian clock in the liver. Moreover, we will comprehensively integrate the TFs’ DNA binding activities with the transcriptome and proteome to construct a hierarchal diurnal regulatory network centered with TFs’ DNA binding activities. Lastly, we will nominate and validate the functions of novel core circadian clock TFs other than well-known one, such as Bmal1, Clock, and so on. This project will portrait a panoramic view of diurnal rhythmic regulation, and elucidate the critical roles of TF DNA binding activities in the hepatic temporal orchestration

作为重要的外周节律器官，肝脏的生理功能和昼夜节律密切相关。以Bmal1、Clock为代表的节律性转录因子介导的转录调控在肝脏昼夜节律功能网络中具有核心地位。然而，由于转录因子蛋白丰度较低，规模化鉴定和定量困难，目前仍然缺乏在蛋白水平上对肝脏转录因子的节律性进行系统研究。在前期工作中，我们以串联多拷贝转录因子结合序列catTFRE为诱饵，结合蛋白质组学技术，在细胞和组织中大规模富集鉴定千种以上的转录因子并测量其DNA结合活性。本项目将在此基础上，利用catTFRE策略全景式描绘小鼠昼夜节律相关转录因子的动态变化，对节律性转录因子进行分类和功能分析，结合肝脏转录组、全蛋白质组数据，建立小鼠昼夜节律中转录因子级联功能调控网络，发现并验证除明星转录因子以外的重要肝脏节律调控转录因子，为了解肝脏昼夜节律功能转换机制，节律相关疾病的防诊治研究提供依据。

作为重要的外周节律器官，肝脏的生理功能和昼夜节律密切相关。以Bmal1、Clock为代表的节律性转录因子介导的转录调控在肝脏昼夜节律功能网络中具有核心地位。然而，由于转录因子蛋白丰度较低，规模化鉴定和定量困难，目前仍然缺乏在蛋白水平上对肝脏转录因子的节律性进行系统研究。本研究中我们利用catTFRE策略全景式描绘小鼠昼夜节律相关转录因子的动态变化。经过节律性检测，发现在鉴定到的297个转录因子中有80个转录因子的DNA结合活性呈现明显的节律性（JTK_Cycle p value < 0.1）。本研究首次在蛋白组水平上描绘了Bmal1、Clock等核心转录因子DNA结合水平的节律性。生物信息学分析发现，转录因子可以根据其DNA结合水平的节律性被分类富集到四大主效功能上（免疫反应，脂代谢，细胞周期和糖代谢）。为了多层次、多维度的描绘转录因子为核心的昼夜节律调控过程，我们同期检测了小鼠肝脏的核蛋白组，转录组，全蛋白组，以及磷酸化蛋白组，并成功构建小鼠昼夜节律中转录因子为核心的级联功能调控网络。生物信息学分析显示，这些以转录因子为核心的调控网络在昼夜间亦可以被分类富集到上述提到的四大主效功能，充分证明了转录因子在小鼠肝脏昼夜调控中的重要作用。本研究首次从蛋白组水平上以转录因子为核心多层次，多维度的分析了小鼠肝脏的昼夜节律，为了解肝脏昼夜节律功能转换机制，节律相关疾病的防诊治提供依据。