Science: 基因也有“生物鐘”至少影響150種疾病 [4P]

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Science: 基因也有“生物鐘”至少影響150種疾病


自然界所有生物的生命活動都存在節律現象，這就是我們常說的生物鐘。2017年諾貝爾生理學或醫學獎就授予了發現調控晝夜節律分子機製的3位科學家。而最近，發表在頂級期刊Science上的一項重要研究證實，原來，我們的基因也有“生物鐘”。


圖片來源：Science（DOI: 10.1126/science.aao0318）

在這篇題為“Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues”的論文中，來自Salk研究所的科學家發現，在許多組織類型和大腦區域中，近80%的基因活動都遵循晝夜節律。這也是將生物鐘與基因轉錄聯繫起來的最全面的研究。


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論文的共同通訊作者Satchidananda Panda教授說：“我們首次建立了每日基因表達的參考圖譜。該圖譜是一個了解晝夜節律紊亂如何導致大腦和身體疾病（如抑鬱症、克隆氏症、炎性腸病、心臟病或癌症）的框架。這將對至少150種疾病的機制理解以及療法優化產生巨大影響。”


圖片來源：Science

1. 具體發現

該研究中，利用RNA測序，Panda教授等在24小時內，每2小時追蹤幾十個不同的非人靈長類動物組織的基因表達。結果發現，每個組織都包含一些“在一天中不同的時間以不同的水平表達”的基因。不過，這些有節律（生物鐘）的基因數量因組織類型而異：從“松果體、腸系膜淋巴結、骨髓等組織中的約200個” 到 “前額皮質、甲狀腺、臀肌和其他組織中的超過3000個” 不等。此外，最常表達的基因（genes that were expressed most often）往往表現出更強的節律性。

在靈長類動物基因組的25,000個基因中，近11,000個基因在所有組織中表達。這些基因主要控制常規的細胞功能，如DNA修復、能量代謝；其中，96.6%的基因在至少1種組織中特別有節律性，即，取樣時間不同，它們的表達會出現顯著變化。

研究還發現，在大多數組織中，基因轉錄在清晨（early morning）和下午晚些時候（late afternoon）達到高峰；在晚餐後的晚上（the evening after dinner）和約就寢時間（around bedtime）平靜下來。81.7%的蛋白質編碼基因有節奏效應，這種生物鐘機制比先前懷疑的要廣泛得多。


該研究小組在位於肯尼亞內羅畢靈長類研究所前拍攝。


2. 意義重大

論文的另一共同通訊作者Howard Cooper博士說：“我們的發現提供了新的見解，可能會影響如何進行科學研究的驗證。舉例來說，當科學家想要重複先前的研究成果時，可能要更加關注具體的實驗是在何時進行的。此外，基因的生物鐘機制也可能會影響藥物的有效性。未來，藥劑師可能會為患者提供關於用藥時間更詳細的說明，包括一天吃幾次，具體何時吃等。”

“我們發現，超過80% 被FDA批準的藥物靶點在至少一種組織中具有節律性。而除藥物靶點外，許多其他影響藥物有效性或毒性的機制（如吸收、代謝和排泄）也可能會受到生物鐘的調節。” 論文的第一作者Ludovic Mure補充道。

此外，作者們認為，該研究所建立起的基因表達譜也可以幫助科學家闡明，深夜的生活方式（late-night lifestyles）如何影響人類健康。這可能適用於輪班工作者或任何經常違背晝夜周期的人。同時，這項工作也可能會促進衰老研究，因為隨著人們逐漸變老，這些節律經常會被打亂。



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