1998年,科学家发现了“永恒”基因(timeless)在哺乳动物中的版本。永恒基因在果蝇的生物钟中起着至为关键的作用。但除了一个研究小组外,所有研究永恒基因的小组都认为永恒基因在哺乳动物中没有这样的作用。现在,那个独树一帜的研究小组证明,永恒基因在哺乳动物的生物钟中也扮演着关键角色。
在发表在10月17日期《科学》杂志上的一篇复杂的大鼠研究中,伊利诺斯大学Urbana-Champaign分校的研究人员阻断了永恒基因的功能,结果大鼠的生物钟发生混乱。
当前这篇研究与早先研究的一个关键差异在于他们识别出两个不同版本的“永恒”蛋白:一个是全长蛋白,另一个是稍短的、不完整的版本。
“关于永恒基因的作用一直存在许多争论,自1998年以来,永恒基因的研究基本已被搁置起来。”当伊利诺斯大学细胞和结构生物学系的主任Martha U. Gillette说。在最初的研究中,她的实验室已经看到永恒基因RNA表达的差异,而其它实验室都未发现这一点。
这项研究在Gillette的实验室进行,由博士研究生Jessica W. Barnes 和 Jeffrey A. Barnes,以及兽医生物科学教授Shelley A. Tischkau领导,他们继续努力破译早先这些相互矛盾的发现。
“这篇文章用强有力的数据证明需要重新认识哺乳动物中的永恒基因。”事实上,研究小组还在网站上公布了更多的支持数据作为对《科学》上的文章的补充。
早先的发现导致研究人员得出永恒基因只在哺乳动物的细胞发育中起关键作用,而在生物钟中的作用不大这一结论。“其它实验室都将自己的试剂靶向永恒基因的末端。由于短链永恒基因版本的产物极为丰富,因而只在全长永恒基因中存在的变异很难被分离出来。”Jessica Barnes说。“因此他们的实验结果误入歧途。”
而以全长永恒基因为研究对象,就会清晰地发现永恒基因与另外5个哺乳动物生物钟基因的相互作用,这5个基因分别为3种mPER以及mClk 和 bmal。
在大鼠负责生物钟的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus)的脑组织切片中,当永恒基因存在时生物钟的活动就正常。当研究人员用特别设计的反义分子风阻永恒基因时,生物钟的电节奏就被破坏。“当大脑中的永恒蛋白水平很低时,其它生物钟基因也会遭到破坏。”Barnes解释说。“整个生物钟都像是被拆卸了一般,一切都搞乱了。”
一些生物钟基因会发送积极信号,诱导mRNA 的产生。伊利诺斯研究小组认为,在24小时的周期中永恒基因和另一个生物钟基因mPER2串联工作作为关闭关闭mRNA产生的消极信号。永恒基因在哺乳动物生物钟中的同等重要性,说明果蝇和哺乳动物的生物钟基因是对应的,功能类似。
“永恒基因的保守性非常重要。”Gillette说。“没有永恒基因,就像是一个复杂机器中缺失了一整套齿轮。”