你有過晝夜時差顛倒的困擾么,？你也許需要調(diào)整你的生物鐘才能擺脫困擾,?？的螤柎髮W(xué)最新的科研項目在時差的問題以及人體關(guān)于晝夜規(guī)律的調(diào)整上有了更進(jìn)一步的研究,。
康奈爾大學(xué)的研究人員首次將果蠅體內(nèi)的某種蛋白質(zhì)做出了3D晶體結(jié)構(gòu),，這種結(jié)構(gòu)在更高等的生物中均普遍存在——從藻類到植物,、動物同時也包括人類,。
該研究發(fā)表在11月13日的《自然》（Nature）上。
雖然人類的晝夜節(jié)律或生物鐘機(jī)制復(fù)雜,，許多晝夜節(jié)律的關(guān)鍵組分被象果蠅一樣低等的物種所共享,，果蠅可用作理解晝夜節(jié)律的模式生物。
稱為隱花色素（dCRY）的蛋白在晝夜節(jié)律鐘中起關(guān)鍵作用,，這個蛋白從日光中獲取線索,，允許生物按24小時的周期調(diào)整它們的新陳代謝。
生物鐘調(diào)節(jié)諸如植物花瓣開放閉合與樹葉脫落的過程,，例如人的饑餓,、覺醒與排泄時間及血壓變化。人生物鐘輕微擾亂會導(dǎo)致哈欠和疲勞,，但慢性功能障礙則與一些精神疾病和癌癥相關(guān),。
Anand Vaidya，為論文第二作者,，是資深的化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)教授Brain Crane實驗室的一名碩士研究生,，他說：“研究的目的是在分子水平理解dCRY的結(jié)構(gòu)，此研究應(yīng)用X射線衍射晶體分析法完成。”08級博士研究生 Brian Zoltowski是論文的第一作者,，當(dāng)前為南衛(wèi)理公會大學(xué)的助理教授,。
Vaidya補(bǔ)充道，“確定dCRY的結(jié)構(gòu)是理解這個蛋白功能與機(jī)制的起點(diǎn),。”
果蠅晝夜節(jié)律鐘的主要機(jī)制涉及四種蛋白,。兩種陰性蛋白作為抑制子，抑制其他兩種陽性蛋白,。沒有這種抑制作用,，陽性蛋白會活化引發(fā)信號通路的基因，最后控制生物的晝夜節(jié)律,。這種抑制作用被dCRY所阻斷,，dCRY在白天起作用，與陰性蛋白結(jié)合使陰性蛋白降解,。這就使生物鐘重置,，陽性蛋白發(fā)揮功能。
通過鑒定dCRY的結(jié)構(gòu),，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個能與dCRY結(jié)合,、稱為黃素的小分子吸收光后，能有益于蛋白的C-端改變形狀,，從而使dCRY與陰性蛋白結(jié)合,。先前研究顯示隱花色素，也就是晝夜節(jié)律蛋白,，當(dāng)它的C-端移除就會喪失其功能,。
Crane說：“隱花色素另一個有趣的方面是，它們與光裂合酶進(jìn)化性地相關(guān),，這種酶利用光線修補(bǔ)由陽光中紫外線輻射引起的DNA損傷”
研究發(fā)現(xiàn)dCRY晶體結(jié)構(gòu)與光裂合酶的非常相似,。例如，在dCRY分子的C-端確實存在有相同的袋,，這與光裂合酶開始修補(bǔ)損傷DNA時所附著的一樣,。
最近，dCRY被暗指有磁敏感性——即生物感應(yīng)磁場的能力,，包含地球磁場,。雖然更好地理解這種現(xiàn)象還需要更多的探究，Cornell的研究提供了一個著手理解此機(jī)制的依據(jù),。
共同作者包括來自洛克菲勒大學(xué)遺傳學(xué)實驗室的研究人員,。該研究由國立衛(wèi)生研究院NIH資助。(生物谷 Bioon.com)
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doi:10.1038/nature10618
PMC:
PMID:
Structure of full-length Drosophila cryptochrome
Brian D. Zoltowski, Anand T. Vaidya, Deniz Top, Joanne Widom, Michael W. Young & Brian R. Crane
The cryptochrome/photolyase (CRY/PL) family of photoreceptors mediates adaptive responses to ultraviolet and blue light exposure in all kingdoms of life. Whereas PLs function predominantly in DNA repair of cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) and 6-4 photolesions caused by ultraviolet radiation, CRYs transduce signals important for growth, development, magnetosensitivity and circadian clocks. Despite these diverse functions, PLs/CRYs preserve a common structural fold, a dependence on flavin adenine dinucleotide (FAD) and an internal photoactivation mechanism. However, members of the CRY/PL family differ in the substrates recognized (protein or DNA), photochemical reactions catalysed and involvement of an antenna cofactor. It is largely unknown how the animal CRYs that regulate circadian rhythms act on their substrates. CRYs contain a variable carboxy-terminal tail that appends the conserved PL homology domain (PHD) and is important for function. Here, we report a 2.3-Å resolution crystal structure of Drosophila CRY with an intact C terminus. The C-terminal helix docks in the analogous groove that binds DNA substrates in PLs. Conserved Trp 536 juts into the CRY catalytic centre to mimic PL recognition of DNA photolesions. The FAD anionic semiquinone found in the crystals assumes a conformation to facilitate restructuring of the tail helix. These results help reconcile the diverse functions of the CRY/PL family by demonstrating how conserved protein architecture and photochemistry can be elaborated into a range of light-driven functions.
