人生物钟PER2自然反义新基因TTRP调控生物节律的作用及机制研究

The circadian clocks are endogenous mechanisms that originated from long-term evolution, which allow the organisms to adapt to the cycling environmental factors. Circadian clocks control the phyiological and behavioral rhythms with periods ~24h. However, the mechanisms underpinning the control of circadian clock remains largely unclear by far. Recently we identified a novel human gene TTRP (Testicular TDP-43 Related Protein gene) exclusively expressed in testis, which is the natural antisense transcript of PER2 gene. TTRP encodes a 183aa protein containing no known domains, overexpression of which leads to changes in circadian clock gene expression and damping of molecular rhythms. TTRP occurs exclusively in hominoids which suggests that the primate circadian clock is undergoing evolution. Gorilla TTRP also influences the circadian rhythms in human cells, suggesting that TTRP plays conserved roles in regulating circadian clock. Here we propose research plans to further our study on the functions and mechanisms of TTRP in controlling circadian clock. The future results may help in improve our understanding of the significance of TTRP in regulating clock and its role in the clock evolution

生物钟是各种生物为适应环境周期性变化而演化出的一种内在机制，调节各种生理和行为水平的近24小时节律，节律的紊乱会导致生理稳态或健康受损。迄今，人们对于生物钟的进化及生物钟的调控作用和机理仍有很多问题有待阐明。我们在前期工中鉴定出一个在人睾丸组织特异表达的新基因TTRP(Testicular TDP-43 Related Protein gene)，TTRP是PER2的自然反义转录物。TTRP基因编码的蛋白不含有已知结构域，过表达TTRP会加快节律振幅的衰减，能够调节生物钟基因的表达及节律。TTRP仅存在于类人猿当中，说明灵长类生物钟仍在演化，大猩猩的TTRP基因转入人细胞后节律会受到影响，提示TTRP具有功能保守性。本项目将在前期基础上在转录和转录后水平上深入研究TTRP影响生物节律的作用与机制，本项目的成果将对于理解TTRP调节生物钟的机理以及探讨生物钟相关基因的演化具有重要意义。

本课题自立项起严格按照研究计划开展工作，迄今已经取得了一系列进展。课题在前期工作中鉴定出人睾丸组织特异表达一段EST，且与生物钟核心基因PER2存在反义、互补。本课题通过RACE获得了该基因的全长，克隆了其启动子，发现其启动子存在多组织、细胞的甲基化，但在睾丸组织及一些细胞株里甲基化程度较低，解释了睾丸组织的特异表达特征。过表达该基因TTRP，可导致U2OS细胞的节律发生改变，且该调节发生在转录干扰水平上。进一步的研究揭示，TTRP基因并非lncRNA，而是编码一个未知蛋白，且过表达该蛋白会影响下游数百个基因的表达节律，其中包括生物节律及减数分裂相关的基因。TTRP可与生物钟核心蛋白PER2、CRY1等结合，并调节PER2的蛋白稳定性，也参与生物钟的负反馈调控。TTRP基因来自进化上的假基因，经过剪接位点突变产生新的剪接形式和功能基因，大约1800万年前出现于类人猿当中，并经历正选择。倭猩猩的TTRP基因可改变U2OS细胞的节律。我们将人TTRP基因转入小鼠并特异在睾丸表达，发现可导致小鼠生育后代之间的间隔时间延长、活力较高精子的比例增加。这些结果表明，TTRP是进化上的新基因，在人睾丸中特异表达，可能通过影响生物节律精细调节睾丸组织的减数分裂，这也表明进化的新基因很快就可以参加到生物钟的调控中来。本项目已经对TTRP的序列申报专利并获批，所有数据也正在整理，即将投稿。