昼夜节律机制揭示了研究飞行

多学科团队的最新研究有助于阐明昼夜节律,背后的机制提供新的希望来处理时差、失眠等睡眠障碍。

使用创新的低温电子显微镜技术,研究人员已经确定了昼夜节律光电传感器的结构及其在果蝇目标(黑腹果蝇)的一个主要用于研究生物昼夜节律。这项研究,“Cryptochrome-Timeless结构揭示了生物钟时间机制”4月26日发表在自然。

研究中一种专注于果蝇,关键组件的植物和动物的生物钟,包括人类。中一种苍蝇和其他昆虫,激活蓝光,作为主要光传感器设置昼夜节律。隐花色素的目标光电传感器,被称为“永恒的”(TIM),之前是一个大型的、复杂的蛋白质不能成像,因此其隐花色素的影响就不清楚。

昼夜节律通过遗传反馈回路基本上是什么工作。研究人员发现,TIM蛋白以及其合作伙伴,周期(每)蛋白质,共同行动抑制基因负责他们自己的生产。合适的延误事件之间的基因表达和压迫,建立蛋白质含量的振荡。

这个振荡代表“时钟的滴答声,似乎相当独特的生理节奏,”资深作者说布莱恩起重机恩典,乔治·w·l·托德和化学与化学生物学教授艺术和科学学院。

蓝光,起重机说,隐花色素的化学和结构变化的黄素代数余子式,它允许蛋白质绑定蒂姆蛋白质和抑制基因表达,从而抑制蒂姆的能力重置振荡。

多努力工作的研究进入如何产生的复杂cryptochrome-TIM所以它可以研究,因为蒂姆是如此大,笨重的蛋白质,起重机说。为了实现他们的结果,第一作者Changfan林,硕士博士。”21日修改了隐花色素蛋白质稳定性的改善cryptochrome-TIM复杂和使用创新技术净化样品,使其适合于高分辨率成像。

“这些新方法允许我们获得蛋白质结构的详细图片和获得有价值的洞察其功能,林说,弗里德里希的共济失调研究联盟加州理工学院的博士后研究员。“这项研究不仅加深了我们的理解昼夜节律调节还开辟了新的可能性为开发治疗针对相关流程。”

作者冯,生物物理学领域的一位博士生,低温电子显微镜的工作。克里斯蒂娜•c . DeOliveira博士生在生物化学和分子和细胞生物学领域,也是一个合作者。

一个意想不到的结果的研究揭示了如何在一个细胞DNA损伤修复。中一种是密切相关的,一个家庭的酶参与修复DNA损伤,称为光裂合酶。起重机说该研究“解释了为什么这些家庭的蛋白质是密切相关的,虽然他们做的完全不同的东西,他们在不同的上下文中使用相同的分子识别。”

研究还提供了一个解释果蝇的遗传变异,使他们能够适应高纬度地区,在冬季天短的冷却器。这些苍蝇有更多的一种特定的遗传性变型涉及TIM蛋白的改变,目前还不清楚为什么变化可以帮助他们。研究人员发现,因为隐花色素的结合蒂姆,隐花色素的变化减少蒂姆的亲和力。蛋白质之间的相互作用是然后调制光的能力重置振荡改变,从而改变生物钟和扩展的苍蝇的休眠,这有助于它熬过这个冬天。

“一些交互,我们看到在果蝇可以映射到人类蛋白质,”鹤说。“这项研究可能帮助我们理解关键组件之间的交互调节睡眠行为的人,如临界延迟基本计时机制如何建立系统。”

林说,另一个令人兴奋的发现是一个重要的发现结构面积在蒂姆,称为“槽”,这有助于解释为什么蒂姆进入细胞核。先前的研究发现一些因素参与了这一过程,但确切的机制仍不清楚。“我们的研究提供了一个清晰的理解这一现象,”林说。

参考:林C,冯,DeOliveira CC,起重机BR。Cryptochrome-Timeless结构揭示了生物钟计时机制。自然。2023:1-6。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06009 - 4

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