揭示维持生物钟蛋白的三维结构

　　

报道 来自霍华德休斯医学研究所的科学家们确定了帮助维持机体时钟同步的两个重要蛋白质的三维结构。这两种蛋白CLOCK和 BMAL1相互结合调控了成千上万的在一整天中表达起伏波动的基因的活性。知道这一CLOCK:BMAL1复合物的结构将帮助研究人员了解这一调控实施的复杂性以及每个蛋白质中突变导致生物钟出错的机制。相关论文发布在5月31日的《科学》（Science）杂志上。

每隔24小时，我们细胞内的数百万“时钟”就会重新设定一下，帮助调整睡眠模式、血液和代谢。当CLOCK和BMAL1在细胞内相互结合时，它们启动了协调24小时周期的首个遗传事件。“CLOCK和BMAL1是真正的生物钟电池，它们是整个基因组调控系统的关键激活子，”德克萨斯大学西南医学中心HHMI研究员Joseph S. Takahashi说。

Clock基因是第一个被发现导致了机体昼夜节律的哺乳动物基因。从1994年到1997年Takahashi的研究小组在一系列的研究论文上发布了他们对于Clock基因的初步研究数据。自那时以来，他们已经发现了成千上万受与哺乳动物生物钟同步波动的CLOCK调控的基因。

Takahashi 说“令人惊叹的是我们现在发现身体内的几乎每个细胞都有一个时钟。在过去的5年里，这些时钟在外周组织中的作用已经引起了关注。”

研究昼夜节律的科学家们利用生物化学和遗传学拼凑了每个昼夜节律蛋白与CLOCK互作的粗略图谱。然而直到现在，他们也没有能够显示出CLOCK蛋白的详细分子结构。了解这一结构能让他们看到不同的蛋白质是如何能够同时结合在CLOCK上的，或是如何竞争结合位点的，改变昼夜节律的已知突变又是如何影响这一结合的。

Takahashi指出CLOCK和BMAL1是一种称为bHLH-PAS蛋白大家族的成员，bHLH-PAS蛋白参与了从对环境污染和低氧水平的反应到生成新神经细胞等广泛的功能。Takahashi 说：“我们不了解结构的并不只有CLOCK，这一类的蛋白质此前都从未在晶体学水平上得到过解析。”

Takahashi解释说研究人员一直在努力以结晶形式生成昼夜节律蛋白，以便利用X射线晶体学确定它们的结构，通过尝试不同条件下的实验，他的研究小组纯化出了结合BMAL1的CLOCK。并非是每种蛋白质的全长版本，他们构建的版本只包含已知的互作片段。获得较短的蛋白质让这一过程变得更为容易。

科学家们发现当CLOCK和 BMAL1结合到一起时，它们紧密缠绕。CLOCK的接口中心有一个凹槽是结合的关键。BMAL1的一个单氨基酸完全嵌入到凹槽中。其他结合CLOCK的蛋白质有可能利用了相同的位点。进一步的研究将调查其他昼夜节律蛋白结合这一复合物的精确位点，以及每个蛋白质的突变影响结构的机制。

“因为这些是蛋白质的截短版本，我们真正想做的是继续获得全长的结构，”Takahashi说。他们还希望了解Cryptochrome和Period 蛋白时如何关闭CLOCK结合到CLOCK:BMAL1复合物上的活性的。但这还需要时间。