1998年,科學家發(fā)現了“永恒”基因(timeless)在哺乳動物中的版本,。永恒基因在果蠅的生物鐘中起著至為關鍵的作用,。但除了一個研究小組外,所有研究永恒基因的小組都認為永恒基因在哺乳動物中沒有這樣的作用?,F在,,那個獨樹一幟的研究小組證明,永恒基因在哺乳動物的生物鐘中也扮演著關鍵角色,。
在發(fā)表在10月17日期《科學》雜志上的一篇復雜的大鼠研究中,,伊利諾斯大學Urbana-Champaign分校的研究人員阻斷了永恒基因的功能,結果大鼠的生物鐘發(fā)生混亂,。
當前這篇研究與早先研究的一個關鍵差異在于他們識別出兩個不同版本的“永恒”蛋白:一個是全長蛋白,,另一個是稍短的、不完整的版本,。
“關于永恒基因的作用一直存在許多爭論,,自1998年以來,永恒基因的研究基本已被擱置起來,。”當伊利諾斯大學細胞和結構生物學系的主任Martha U. Gillette說,。在最初的研究中,她的實驗室已經看到永恒基因RNA表達的差異,,而其它實驗室都未發(fā)現這一點,。
這項研究在Gillette的實驗室進行,由博士研究生Jessica W. Barnes 和 Jeffrey A. Barnes,以及獸醫(yī)生物科學教授Shelley A. Tischkau領導,,他們繼續(xù)努力破譯早先這些相互矛盾的發(fā)現,。
“這篇文章用強有力的數據證明需要重新認識哺乳動物中的永恒基因。”事實上,,研究小組還在網站上公布了更多的支持數據作為對《科學》上的文章的補充,。
早先的發(fā)現導致研究人員得出永恒基因只在哺乳動物的細胞發(fā)育中起關鍵作用,而在生物鐘中的作用不大這一結論,。“其它實驗室都將自己的試劑靶向永恒基因的末端,。由于短鏈永恒基因版本的產物極為豐富,因而只在全長永恒基因中存在的變異很難被分離出來,。”Jessica Barnes說,。“因此他們的實驗結果誤入歧途。”
而以全長永恒基因為研究對象,,就會清晰地發(fā)現永恒基因與另外5個哺乳動物生物鐘基因的相互作用,,這5個基因分別為3種mPER以及mClk 和 bmal。
在大鼠負責生物鐘的視交叉上核(suprachiasmatic nucleus)的腦組織切片中,,當永恒基因存在時生物鐘的活動就正常。當研究人員用特別設計的反義分子風阻永恒基因時,,生物鐘的電節(jié)奏就被破壞,。“當大腦中的永恒蛋白水平很低時,其它生物鐘基因也會遭到破壞,。”Barnes解釋說,。“整個生物鐘都像是被拆卸了一般,一切都搞亂了,。”
一些生物鐘基因會發(fā)送積極信號,,誘導mRNA 的產生。伊利諾斯研究小組認為,,在24小時的周期中永恒基因和另一個生物鐘基因mPER2串聯(lián)工作作為關閉關閉mRNA產生的消極信號,。永恒基因在哺乳動物生物鐘中的同等重要性,說明果蠅和哺乳動物的生物鐘基因是對應的,,功能類似,。
“永恒基因的保守性非常重要。”Gillette說,。“沒有永恒基因,,就像是一個復雜機器中缺失了一整套齒輪。”