Science：對我們的基因而言，時間就是一切

世間萬物皆有自己的季節。這個說法適用於許多人類的努力，不過一項新的研究表明它在分子水平上甚至是真實的。這項研究發現將近80％的基因的活性在許多組織類型和大腦區域中遵循著晝夜節律。相關研究結果於2018年2月8日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues」。

儘管科學家早就知道許多組織都遵循晝夜節律（即生物鐘），但這是一項將時間選擇和基因轉錄相關聯在一起的最為全面的研究。

論文共同通信作者、沙克生物研究所調節生物學實驗室教授Satchidananda Panda說，「這是首次建立每日基因表達的參考圖譜。這是為理解晝夜節律紊亂如何導致大腦和身體疾病（如抑鬱症、克羅恩病、炎症性腸病、心臟病或癌症）提供一個框架。這將對理解至少150種疾病的致病機制或優化治癒它們的療法產生巨大的影響。」

利用RNA測序，Panda及其團隊在24小時內每隔兩小時追蹤幾十種不同的非人類靈長類動物組織中的基因表達。這些研究人員發現，每種組織都含有基於一天中的不同時間具有不同表達水平的基因。然而，這些「有節律的」基因的數量在不同的組織類型中存在差異：從松果體、腸系膜淋巴結、骨髓和其他組織中的大約200種到前額葉皮層、甲狀腺和臀肌等中的大約3000多種。此外，最常表達的基因往往表現出更多的節律性，或隨時間的推移發生變化。

就靈長類動物基因組中的25000個基因而言，將近11000個基因在所有組織中表達。在這些基因（大多數調節常規的細胞功能，如DNA修復和能量代謝）當中，大約96.6％的基因在至少一種組織中特別有節律性，而且根據不同的樣品採集時間，它們的表達存在著顯著的變化。

在大多數組織中，基因轉錄在清晨和傍晚時達到高峰，在晚飯後和睡覺前平靜下來。鑒於81.7％的蛋白編碼基因具有節律性，這個定時機制比之前猜測的更加廣泛地存在著。

論文共同通信作者Howard Cooper說，「這些發現提供的新見解可能影響驗證科學研究的方式，比如試圖複製之前研究的科學家可能會更加關注在何時開展特定的測試。除了有助開發新的研究方法之外，這種分子定時機制還可能影響藥物的療效。在未來，藥劑師可能會為患者多長時間和何時服用藥物提供更詳細的指示。

論文第一作者、沙克生物研究所研究員Ludovic Mure說，「我們證實超過80％的受到美國FDA批准的藥物靶標在至少一中組織中是有節律性的。除了藥物靶標之外，許多影響藥物藥效或毒性的其他機制，比如藥物的吸收、代謝和排泄，都可能受到生物鐘的調節。」

這些研究人員建立的基因表達圖譜也可能有助科學家闡明深夜的生活方式如何影響人體健康。這可能適用於倒時差工作者或任何經常違背晝夜節律的人。此外，這項研究也可能促進老齡化研究，這是因為隨著人們年齡的增長，這些節律經常被打亂。

Panda說，「這份涉及基因如何在不同器官中差異表達的清單，將為我們提供一個框架來了解倒班和其他的打亂如何改變基因的表達方式。」

參考資料：Ludovic S. Mure, Hiep D. Le, Giorgia Benegiamo et al. Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues. Science, Published online: 08 Feb 2018, doi:10.1126/science.aao0318

來源：生物谷

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