ЧАСЫ

ЧАСЫ (циркадного опорно-двигательного аппарата Выходные циклы капут) или Часы представляет собой ген, кодирующий основную спираль-петлю-спираль - PAS фактор транскрипции, который, как полагают, влияет как на персистентность, так и на период циркадные ритмы.

Исследования показывают, что ген CLOCK играет важную роль в качестве активатора нижестоящих элементов в пути, важном для генерации циркадных ритмов.

• 1 Открытие
• 2 Функция
  • 2.1 Роль в других петлях обратной связи
• 3 Мутанты
  • 3.1 Дрозофила
  • 3.2 Мыши
• 4 Наблюдаемые эффекты
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература
• 8 Внешние ссылки

Ген Clock был впервые идентифицирован в 1994 году доктором Джозефом Такахаши и его коллегами. Такахаши использовал скрининг прямого мутагенеза мышей, получавших N-этил-N-нитрозомочевину, для создания и идентификации мутаций в ключевых генах, которые в целом влияют на циркадную активность. Мутанты Clock, обнаруженные через экран, демонстрировали аномально долгий период повседневной активности. Эта черта оказалась наследственной. Мыши, выведенные как гетерозиготные, показали более длительные периоды в 24,4 часа по сравнению с контрольным периодом в 23,3 часа. Мыши , гомозиготные по мутации, демонстрировали периоды 27,3 часа, но в конечном итоге теряли всю циркадную ритмичность после нескольких дней в постоянной темноте. Это показало, что «неповрежденные гены часов» необходимы для нормальной циркадной функции млекопитающих.

Белок CLOCK, как было обнаружено, играет центральную роль в качестве фактора транскрипции в кардиостимуляторе циркадного ритма. У Drosophila вновь синтезированные CLOCK (CLK) гипофосфорилируются в цитоплазме перед попаданием в ядро. Попадая в ядра, CLK локализуется в ядерных фокусах и позже равномерно перераспределяется. CYCLE (CYC) (также известный как dBMAL для BMAL1 ортолога у млекопитающих) димеризуется с CLK через их соответствующие домены PAS. Затем этот димер привлекает коактиватор CREB-связывающий белок (CBP) и далее фосфорилируется. После фосфорилирования этот комплекс CLK-CYC связывается с элементами E-box промоторов периода (per) и timeless (tim) через свой домен bHLH., вызывая стимуляцию экспрессии генов per и tim. Большой молярный избыток периодических (PER) и вневременных (TIM) белков вызывает образование гетеродимера PER-TIM, который предотвращает связывание гетеродимера CLK-CYC с E-боксами per и tim, по существу блокируя per и tim транскрипцию. CLK гиперфосфорилирован, когда doubletime (DBT) киназа взаимодействует с комплексом CLK-CYC зависимым от PER образом, дестабилизируя как CLK, так и PER, что приводит к деградации обоих белков. Затем гипофосфорилированная CLK накапливается, связывается с E-боксами per and tim и снова активирует их транскрипцию. Этот цикл посттрансляционного фосфорилирования предполагает, что временное фосфорилирование CLK помогает в механизме синхронизации циркадных часов.

Аналогичная модель обнаружена у мышей, у которых BMAL1 димеризуется с CLOCK для активации per и криптохром (крик) транскрипция. Белки PER и CRY образуют гетеродимер, который действует на гетеродимер CLOCK-BMAL, подавляя транскрипцию per и cry. Гетеродимер CLOCK: BMAL1 функционирует аналогично другим комплексам активаторов транскрипции; ЧАСЫ: BMAL1 взаимодействует с регуляторными элементами E-box. Белки PER и CRY накапливаются и димеризуются в течение субъективной ночи и перемещаются в ядро ​​для взаимодействия с комплексом CLOCK: BMAL1, напрямую подавляя их собственную экспрессию. Это исследование было проведено и подтверждено с помощью кристаллографического анализа.

CLOCK проявляет активность гистонацетилтрансферазы (HAT), которая усиливается димеризацией с BMAL1. Доктор Паоло Сассоне-Корси и его коллеги продемонстрировали in vitro, что активность HAT, опосредованная CLOCK, необходима для восстановления циркадных ритмов у мутантов Clock.

Роль в других петлях обратной связи

Димер CLOCK-BMAL участвует в регуляции других генов и петель обратной связи. Фермент SIRT1 также связывается с комплексом CLOCK-BMAL и действует, подавляя его активность, возможно, посредством деацетилирования Bmal1 и окружающих гистонов. Однако роль Sirt1 по-прежнему спорная, и он также может играть определенную роль в деацетилирования PER белка, нацеливание его деградацию.

Димер ЧАСОВ-BMAL выступает в качестве положительной конечности петли обратной связи. Связывание CLOCK-BMAL с промоторным элементом E-box активирует транскрипцию генов часов, таких как per1, 2, 3 и tim, у мышей. На мышах было показано, что CLOCK-BMAL также активирует ген никотинамидфосфорибозилтрансферазы (также называемый Nampt), часть отдельной петли обратной связи. Эта петля обратной связи создает метаболический осциллятор. Димер CLOCK-BMAL активирует транскрипцию гена Nampt, который кодирует белок NAMPT. NAMPT является частью серии ферментативных реакций, которые превращают ниацин (также называемый никотинамид ) в NAD. SIRT1, которому для своей ферментативной активности требуется НАД, затем использует повышенные уровни НАД для подавления BMAL1 посредством деацетилирования. Это подавление приводит к меньшей транскрипции NAMPT, меньшему количеству белка NAMPT, меньшему образованию NAD и, следовательно, меньшему SIRT1 и меньшему подавлению димера CLOCK-BMAL. Этот димер снова может положительно активировать транскрипцию гена Nampt, и цикл продолжается, создавая другую колебательную петлю, включающую CLOCK-BMAL в качестве положительных элементов. Ключевая роль, которую Clock играют в метаболических и циркадных циклах, подчеркивает тесную взаимосвязь между метаболизмом и циркадными часами.

Организмы-мутанты Clock могут обладать нулевой мутацией или антиморфным в локусе Clock, который кодирует антагонист белка дикого типа. Присутствие антиморфного белка подавляет продукты транскрипции, обычно активируемые Clock.

Drosophila

У дрозофилы мутантная форма Clock (Jrk) была идентифицирована Алладой, Холл и Росбаш в 1998 году. Команда использовала прямую генетику для определения нециркадных ритмов у мутантных мух. Jrk является результатом преждевременного стоп-кодона, который устраняет домен активации белка CLOCK. Эта мутация вызывает доминантные эффекты: половина гетерозиготных мух с этим мутантным геном имеет удлиненный период до 24,8 часов, а другая половина становится аритмической. Гомозиготные мухи теряют свой циркадный ритм. Более того, те же исследователи продемонстрировали, что эти мутантные мухи экспрессируют низкие уровни белков PER и TIM, что указывает на то, что Clock функционирует как положительный элемент в циркадной петле. Хотя мутация влияет на циркадные часы мухи, она не вызывает никаких физиологических или поведенческих дефектов. Сходная последовательность между Jrk и его гомологом мыши предполагает, что общие компоненты циркадного ритма присутствовали как у дрозофилы, так и у предков мышей. Рецессивный аллель Clock приводит к поведенческой аритмичности при сохранении обнаруживаемых молекулярных и транскрипционных колебаний. Это предполагает, что Clk вносит вклад в амплитуду циркадных ритмов.

Мыши

Гомологом мыши мутанту Jrk является мутант ClockΔ19, который обладает делецией в экзоне 19 гена Clock. Эта доминантно-отрицательная мутация приводит к дефектному димеру CLOCK-BMAL, что приводит к снижению способности мышей к активации на транскрипцию. В постоянной темноте мыши ClockΔ19, гетерозиготные по мутантному аллелю Clock, демонстрируют удлиненные циркадные периоды, тогда как мыши ClockΔ19 / Δ19, гомозиготные по аллелю, становятся аритмичными. И у гетерозигот, и у гомозигот эта мутация также вызывает удлинение периодов и аритмичность на одноклеточном уровне.

Clock - / - нулевые мутантные мыши, у которых Clock был отключен, демонстрируют полностью нормальные циркадные ритмы. Открытие нулевого мутанта Clock с фенотипом дикого типа напрямую поставило под сомнение широко распространенное мнение о том, что Clock необходим для нормальной циркадной функции. Более того, он предположил, что димер CLOCK-BMAL1 не обязательно должен существовать для модуляции других элементов циркадного пути. Нейрональный домен PAS, содержащий белок 2 (NPAS2, CLOCK paralog ), может заменять CLOCK у этих мышей с нулевым значением Clock. Мыши с одним аллелем NPAS2 сначала демонстрировали более короткие периоды, но в конечном итоге проявляли аритмическое поведение.

У людей полиморфизм в Clock, rs6832769, может быть связано с чертой личности покладистостью. Другой полиморфизм одного нуклеотида (SNP) в Clock, 3111C, был связан с предпочтением суточного. Этот SNP также связан с повышенной бессонницей, трудностями с похуданием и рецидивом серьезных депрессивных эпизодов у пациентов с биполярным расстройством.

У мышей Clock был вовлечен в расстройства сна, метаболизм, беременность и расстройства настроения. Часы-мутанты каждый день спят меньше, чем нормальные мыши. У мышей также наблюдаются измененные уровни глюкозы в плазме и ритмы приема пищи. У этих мутантов со временем развиваются симптомы метаболического синдрома. Более того, мутанты Clock демонстрируют нарушенные эстральные циклы и повышенную частоту прерывания доношенной беременности. Mutant Clock также был связан с симптомами биполярного расстройства у мышей, включая манию и эйфорию. Мутантные мыши Clock также проявляют повышенную возбудимость нейронов дофамина в центрах вознаграждения мозга. Эти результаты привели доктора Коллин МакКланг к предложению использовать мышей-мутантов Clock в качестве модели расстройств настроения и поведения человека.

Димер CLOCK-BMAL также активирует альфа-рецептор обратного erb (Rev-ErbA альфа ) и альфа-орфанный рецептор ретиноевой кислоты (ROR-альфа ). REV-ERBα и RORα регулируют Bmal путем связывания с элементами ответа орфанного рецептора, связанными с ретиноевой кислотой (RORE), в его промоторе.

Вариации в эпигенетике гена Clock могут привести к увеличению риск рака груди. Было обнаружено, что у женщин с раком груди метилирование промоторной области Clock было значительно меньше. Также было отмечено, что этот эффект был сильнее у женщин с опухолями, отрицательными по рецепторам эстрогена и прогестерона.

Ген CLOCK также может быть мишенью для соматических мутаций при микросателлитном нестабильном колоректальном раке. Примерно половина предполагаемых новых генов-мишеней микросателлитной нестабильности, ответственных за колоректальный рак, содержала мутации CLOCK. Новые исследования экспрессии циркадных генов в жировой ткани предполагают, что подавление гена CLOCK может причинно коррелировать не только с ожирением, но и с диабетом 2 типа, с количественными физическими реакциями на потребление циркадной пищи в качестве потенциальных входов в систему часов. 113>

• BMAL1
• Периодный ген
• Супрахиазматическое ядро ​​
• Таймлесс-ген
• Pdf
• Циклический ген

• Часы + белок в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
• Словарь циркадной физиологии
• Человек ЧАСЫ расположение генома и страница сведений о гене CLOCK в UCSC Genome Browser.

Обратная связь: support@alphapedia.ru

Соглашение

О проекте