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編者按：自然界所有生物的生命活動都存在節(jié)律現(xiàn)象，這就是我們常說的生物鐘。2017年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎就授予了發(fā)現(xiàn)調控晝夜節(jié)律分子機制的3位科學家。而最近，發(fā)表在頂級期刊Science上的一項重要研究證實，原來，我們的基因也有“生物鐘”。

圖片來源：Science（DOI: 10.1126/science.aao0318）

在這篇題為“Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues”的論文中，來自Salk研究所的科學家們發(fā)現(xiàn)，在許多組織類型和大腦區(qū)域中，近80%的基因活動都遵循晝夜節(jié)律。這也是將生物鐘與基因轉錄聯(lián)系起來的最全面的研究。

圖片來源：網(wǎng)絡

論文的共同通訊作者Satchidananda Panda教授說：“我們首次建立了每日基因表達的參考圖譜。該圖譜是一個了解晝夜節(jié)律紊亂如何導致大腦和身體疾病（如抑郁癥、克羅恩病、炎性腸病、心臟病或癌癥）的框架。這將對至少150種疾病的機制理解以及療法優(yōu)化產(chǎn)生巨大影響。”

圖片來源：Science

（1）具體發(fā)現(xiàn)

該研究中，利用RNA測序，Panda教授等在24小時內，每2小時追蹤幾十個不同的非人靈長類動物組織的基因表達。結果發(fā)現(xiàn)，每個組織都包含一些“在一天中不同的時間以不同的水平表達”的基因。不過，這些有節(jié)律（生物鐘）的基因的數(shù)量因組織類型而異：從“松果體、腸系膜淋巴結、骨髓等組織中的約200個”到“前額皮質、甲狀腺、臀肌和其他組織中的超過3000個”不等。此外，最常表達的基因（genes that were expressed most often）往往表現(xiàn)出更強的節(jié)律性。

在靈長類動物基因組的25,000個基因中，近11,000個基因在所有組織中表達。這些基因主要控制常規(guī)的細胞功能，如DNA修復、能量代謝；其中，96.6%的基因在至少1種組織中特別有節(jié)律性，即，取樣時間不同，它們的表達會出現(xiàn)顯著變化。

研究還發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)組織中，基因轉錄在清晨（early morning）和下午晚些時候（late afternoon）達到高峰；在晚餐后的晚上（the evening after dinner）和約就寢時間（around bedtime）平靜下來。81.7%的蛋白質編碼基因有節(jié)奏效應，這種生物鐘機制比先前懷疑的要廣泛得多。

（2）意義重大

論文的另一共同通訊作者Howard Cooper博士說：“我們的發(fā)現(xiàn)提供了新的見解，可能會影響如何進行科學研究的驗證。舉例來說，當科學家們想要重復先前的研究成果時，可能要更加關注具體的實驗是在何時進行的。此外，基因的生物鐘機制也可能會影響藥物的有效性。未來，藥劑師可能會為患者提供關于用藥時間更詳細的說明，包括一天吃幾次，具體何時吃等。”

“我們發(fā)現(xiàn)，超過80% 被FDA批準的藥物靶點在至少一種組織中具有節(jié)律性。而除藥物靶點外，許多其他影響藥物有效性或毒性的機制（如吸收、代謝和排泄）也可能會受到生物鐘的調節(jié)。” 論文的第一作者Ludovic Mure補充道。

此外，作者們認為，該研究所建立起的基因表達譜也可以幫助科學家們闡明，深夜的生活方式（late-night lifestyles）如何影響人類健康。這可能適用于輪班工作者或任何經(jīng)常違背晝夜周期的人。同時，這項工作也可能會促進衰老研究，因為隨著人們逐漸變老，這些節(jié)律經(jīng)常會被打亂。

（來源：生物探索）

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