表观遗传学开关控制基因节律性转录

　　当夜晚降临，我们就会慢慢入睡，这是受昼夜节律circadian cycle影响的结果，我们的每个器官甚至基因中都存在这样的节律。

　　Salk研究所的科学家发现，表观遗传学修饰是使肝脏活性与昼夜节律同步的遗传学开关。这一发现能够帮助人们进一步了解高血糖、高胆固醇等健康威胁背后的机制，文章于近期发表在Cell旗下的Cell Metabolism杂志上。

　　“我们知道肝脏中的基因会在一天中的不同时段开启和关闭，这些基因参与了脂肪和胆固醇等物质的代谢，”文章通讯作者，Salk研究所副教授Satchidananda Panda说。“要想要了解这其中的机制，就必须找到控制基因活性的开关。”

　　令人惊讶的是，研究人员发现上述开关存在于染色质层面，染色质是细胞核中DNA与相关蛋白的紧密包装形式。众所周知染色质的改变能够控制基因活性，但这一机制还从未与昼夜节律联系起来。

　　昼夜节律几乎影响着每种生物，包括植物、细菌、昆虫和人类。近十年来，科学家们渐渐发现昼夜节律与代谢有着千丝万缕的联系。

　　“早在十八世纪早期，人们就发现黑暗中的植物仍旧依照24小时循环展开叶片。此外，在小黑屋中的志愿者们也可以保持昼夜节律。现在我们明确了这些反应的调控过程，” Salk研究所的Joseph R. Ecker说，他在植物和人体细胞的遗传学研究中做出了卓越贡献，并因此刚刚当选为美国科学促进会会士。

　　婴儿总会在深夜醒来，这令所有新生儿父母都颇为头疼，Panda以此为例解释了人体昼夜节律对行为的影响。婴儿在深夜醒来不是因为它们没有接受生活习惯的训练，而是因为婴儿体内控制昼夜节律的生物钟还未发育完全。

　　“一旦生物钟发育完成，婴儿就能够在夜晚自然睡眠，” Panda说。“此外，老年痴呆患者的睡眠问题也是体内生物钟退化引起的。”

　　人类和其他脊椎动物的大脑中，视交叉上核负责控制节律反应，不过机体的内脏器官中也存在生物钟，这样的生物钟负责调节基因于何时何地表达出行使基本功能的蛋白，例如生产葡萄糖作为能源。

　　在肝脏内，脂肪和胆固醇代谢相关基因的开启和关闭是与生物钟同步的。研究显示，这些基因的开关受到表观遗传学修饰的影响，这种“表观基因组”控制基因的表达时间和表达量。

　　基因组与表观基因组之间的相互作用特别复杂，研究人员在小鼠肝脏发现了三千多个表观基因组元件，调节着14,492个基因的昼夜节律。随后他们将小鼠基因组与人类基因组进行比较，发现小鼠的许多昼夜节律基因都与人类相同。

　　研究人员指出，节律性转录是维持代谢内稳态所必须的，而表观遗传学修饰的动态改变控制着基因的节律性转录。