核膜蛋白LBR调控昼夜节律的机理

Circadian rhythms exist in almost all organisms on the earth, and are manifest in various physiological processes and behavior. These rhythms are driven by endogenous circadian clocks. The actions of the clocks at the molecular level result in rhythmic expression of a significant portion of the genome, thus providing molecular basis for overt rhythms in behavior and physiology. However, we lack understanding regarding the underlying mechanism of this process. Studies in recent years have demonstrated a role for nuclear envelope in regulating global gene transcription. We found that an inner nuclear membrane component, lamin B receptor (LBR), participates in regulating the circadian clock both in human cell line and in Drosophila. Here we propose to investigate the mechanism of how LBR exerts effects on the clock. We will also test whether LBR is involved in global circadian transcription that leads to rhythmic expression of the transcriptome. Our study shall contribute to our understanding of how circadian clocks regulate rhythms in behavior and physiological processes. This will help facilitate development of drugs and therapies based on circadian rhythms, providing theoretical implications for the current growing interest in chronotherapy.

昼夜节律存在于地球上几乎所有的生物内，并体现在各种生理过程与行为中。这些行为与生理过程的节律由体内的生物钟驱动。生物钟在分子水平的运作使得基因组的相当大一部分呈现出节律性表达，为行为与生理过程的节律提供了分子基础，然而对于这一调控过程的机理我们缺乏了解。近年的研究表明核膜蛋白从整体水平参与基因表达。申请人及同事发现内核膜组分核纤层蛋白B受体（Lamin B Receptor, LBR）在人的细胞系和果蝇内都参与生物钟的调控。本研究拟探讨LBR调控生物钟的机理，并检测LBR是否从整体水平参与生物钟的转录调控从而使转录组呈现出昼夜节律。本项目的研究结果将有助于了解生物钟如何调控行为与生理功能，从而利用昼夜节律辅助治疗，为当下逐渐被重视的时间治疗法（chronotherapy）提供理论依据。

昼夜节律存在于地球上几乎所有的生物内，并体现在各种生理过程与行为中。这些行为与生理过程的节律由体内的生物钟驱动。我们对于生物钟在分子水平的调控机理的认识日益成熟完善，然而分子时钟如何驱动行为和生理过程的节律很大程度上仍不清楚，因此本项目对此展开研究。主要研究成果包括以下三部分：1）探讨核膜蛋白lamin B receptor (LBR)和MAN1调控节律的机理。我们前期结果显示LBR和MAN1调控人细胞系的分子节律以及果蝇的活动节律。在本项目的研究中我们发现MAN1促进钟基因period (per)的转录来调控活动节律，而LBR促进PER蛋白的稳定性。2）通过多组学整合分析首次揭示调控节律的激酶组。前人的研究显示大量的蛋白质磷酸化修饰呈现出节律，但是这种系统的磷酸化节律的调控机制并不清楚。在本项目的研究中我们对果蝇头部进行了时序转录组、蛋白质组和磷酸化组分析并通过多组学整合鉴定了789（17%）个节律性磷酸化位点，预测并验证了13个激酶参与磷酸化这些位点且调控果蝇的活动节律。3）揭示生物钟的新调控机制。我们发现干扰果蝇组蛋白乙酰转移酶辅因子Nipped-A导致果蝇活动节律显著延长。分子层面的研究阐明NIPPED-A通过促进组蛋白H2B的去泛素化增强生物钟基因timeless和Par-domain protein 1ε的转录，从而调控活动节律的周期。本项目计划发表论文2-4篇，实际发表标注资助的论文5篇，包括4篇通讯作者论文，并培养博士4名、硕士1名。