Only Perception: 節律研究揭新溫度調控者並全天追蹤時鐘蛋白

2009-05-17

節律研究揭新溫度調控者並全天追蹤時鐘蛋白

Circadian rhythms studies reveal new temperature regulator and track clock protein across a day
http://www.physorg.com/news161607782.html

May 15th, 2009

Dartmouth 醫學院的遺傳學家在理解生物時鐘的調控迴路上取得了新進展，根據二項在 5/15 發表的研究表示，那使日常活動的起落（ebb and flow）同步。

針對時鐘與溫度之間關係的研究在 Cell 當中報告，對於一個存在已久的溫度補償（temperature compensation）難題提供了新洞見：當新陳代謝如此受溫度影響的同時，為何 24 小時的節律不會隨之改變。

一項相關研究（在 Molecular Cell 中），追蹤一作用中的時鐘（clock）蛋白，測繪了數百個高度精心設計的修改與交互作用，藉此提供第一份「全天調控」的完整觀察。

這項新研究清楚地補充了晝夜時鐘（circadian clocks）的分子基礎，那是經過微調的細胞計時器，驅策絕大部份的生物體。這些晝夜系統是生物學上的振盪器，透過一種精巧的互動性蛋白質與回饋迴圈（feedback loops）的網路來協調（orchestrate）活性。所有的時鐘均依賴將磷酸鹽基（ phosphate groups）轉移，稱為磷酸化（phosphorylation），到時鐘蛋白以設定 24 小時週期。

這二項研究均觀察 frequency（FRQ）這種時鐘蛋白的磷酸化作用，在真菌時鐘系統中，那是一種重要的回饋鉗齒輪（feedback cog）。他們建立在團隊領導者 Drs. Jay Dunlap 與 Jennifer Loros 的研究上，他們記錄了 FRQ 以及麵包黴菌（Neurospora）中其他絕大多數構成要素的運作。

"這篇 Cell 論文描述細胞如何使用某種時鐘蛋白的磷酸化，在一系列溫度中，使循環的週期長度維持相同。這種現象，稱為溫度補償（temperature compensation），是節律（rhythms）少數幾個仍缺乏分子論述的其中一項權威（canonical）特性，" Dunlap 說。

"在 Molecular Cell 當中那一篇描述與 Norris Cotton 癌症中心之 Dr. Scott Gerber 的合作研究。我們使用質譜儀來追蹤超過 75 處的 FRQ 時鐘蛋白上，在一整天內的磷酸化程度。絕大部份的蛋白質有一個或幾個磷酸化，故跨越時間追蹤這些，不但是一大技術成就，而且也使時鐘生物學增廣了見聞。"

在 Cell 當中，研究者指出時鐘相關酵素（casein kinase (CK，酪蛋白激酶) 2）的一種新角色是溫度補償的關鍵控制。在追蹤二種不尋常的晝夜蛋白突變時，那經證明會以某種不尋常方式影響補償，研究者確認了相同酵素（CK2）的不同次單元。

他們開發新方法來操縱基因組並證明（透過控表現），CK2 的濃度透過時鐘蛋白 FRQ 的磷酸化，支配著補償形式。此特性為 CK2 所獨有，而其他涉及時鐘功能的類似酵素並沒有此一特性。

共同作者除了 Dunlap（遺傳學教授）與 Loros（生物化學與遺傳學教授）之外，還有 Arun Mehra, Mi Shi, Christopher L. Baker, Hildur V. Colot。

第二項研究遍及這些週期之蛋白質交互作用的追蹤，以證明磷酸化作用如何控制晝夜節律。利用一種重同位素標記方法與定量的質譜儀，研究者們確定了在 FRQ 上之修改的近似記錄數量，並描述每一個如何在一天當中出現與消失。

此外，他們的方法促進了互動中蛋白的識別，以便在核心晝夜網路中追蹤與關聯改變。他們確認已知地點的群集與位置，而且透過突變分析，確認了新奇的功能域（functional domains）以創造作用中時鐘蛋白的動態觀察。

※ 相關報導：

＊ A Role for Casein Kinase 2 in the Mechanism Underlying Circadian Temperature Compensation
http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(09)00318-3

Arun Mehra, Mi Shi, Christopher L. Baker,
Hildur V. Colot, Jennifer J. Loros and Jay C. Dunlap
Cell, Volume 137, Issue 4, 749-760, 15 May 2009
doi: 10.1016/j.cell.2009.03.019

＊ Quantitative Proteomics Reveals a Dynamic Interactome and Phase-Specific Phosphorylation in the Neurospora Circadian Clock
http://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(09)00276-7

Christopher L. Baker, Arminja N. Kettenbach,
Jennifer J. Loros, Scott A. Gerber, and Jay C. Dunlap
Molecular Cell, Volume 34, Issue 3, 354-363, 15 May 2009
doi: 10.1016/j.molcel.2009.04.023