Tec1基因调控生物钟温度补偿的分子机制研究

地球自转引起的昼夜交替深刻的影响了生活在地球上的生物。为了更好地预知时间以协调各项生命活动，生物在漫长的进化过程中在体内进化出一套昼夜节律调控机制，即生物钟系统。生物钟具有三个重要的特征：1，生物钟是内源的，在恒定条件下周期一般为24个小时；2，生物钟能够被外界环境因子光和温度引导；3，生物钟是温度补偿的，即生物钟的周期在不同温度基本维持恒定。生物钟的第一个和第二个特征已经有了很好的分子机制的了解。而生物钟温度补偿的分子机制仍然很不清楚。尽管人们提出了多个数学模型来解释温度补偿性，然而一直缺乏实验证据。我们的初步研究发现tec1基因缺失导致生物钟温度补偿出现障碍，说明Tec1是调控生物钟温度补偿的一个重要基因。基于此，本课题拟进一步阐明tec1基因调控生物钟温度补偿的分子机制，从而更好的了解生物钟的运行机制。

生物钟系统对生物有效地适应地球昼夜环境变化有重要意义。粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）是研究生物钟的重要模式生物之一。粗糙脉孢菌生物钟的核心振荡器由正调控因子和负调控因子组成的负反馈调控环路构成，其中：转录激活因子WHITE COLLAR-1（WC-1）和WHITE COLLAR-2（WC-2）是正调控因子；而生物钟蛋白FREQUENCY（FRQ）是负调控因子。.FRQ的降解速率是决定生物钟周期长短的主要因素。通过遗传筛选，我们发现Tec1缺失导致脉孢菌分生孢子形成节律周期变短，这是由于Tec1缺失导致FRQ降解速率加快造成的。FRQ合成以后被磷酸化并通过泛素—蛋白酶体途径降解。FRQ的磷酸化和泛素化是影响其降解速率的主要原因。我们研究发现Tec1缺失不影响FRQ的磷酸化，但导致FRQ的泛素化升高。蛋白的泛素化由泛素化和去泛素化两个过程共同决定。Tec1缺失不影响催化FRQ泛素化的泛素连接酶SCFFwd-1的活性。我们发现去泛素化酶UbpX与FRQ相互作用；Tec1缺失导致UbpX磷酸化水平增加及UbpX与FRQ相互作用增强。根据以上结果我们认为Tec1通过调控UbpX从而影响FRQ降解。.黑暗下Tec1缺失导致 frq mRNA水平降低，这说明Tec1调控frq转录。WC-1和WC-2激活frq转录，Tec1缺失导致WC-2增加及WC-1和WC-2磷酸化水平降低。磷酸化是决定WC-1和WC-2转录活性的主要因素。Tec1缺失导致WC-2在frq启动子的募集增加以及在frq转录起始位点组蛋白H3K4me3的募集增加。这说明Tec1缺失导致WC复合体转录活性增加，同时这也暗示Tec1影响frq转录的其它阶段。我们发现转录延伸对frq基因转录至关重要。我们推测tec1缺失抑制frq转录延伸从而导致frq mRNA水平降低。.在tec1突变体中，WC-2增加是由其mRNA增加造成的，这说明Tec1也调控wc-2转录。我们发现去乙酰化酶HDAC-2和转录共抑制因子Rco-1缺失也导致wc-2 转录增加,而且Tec1与HDAC-2、Rco-1相互作用。我们认为Tec1、HDAC-2和Rco-1组成蛋白复合体共同调控wc-2转录。.Tec1是一个高度保守的蛋白，从酵母到人中都存在同源蛋白，我们的研究对于Tec1同源蛋白的研究具有一定指导意义。