鲤鱼生物钟核心蛋白的昼夜节律与光调控机制研究

这篇研究揭示了鲤鱼(Cyprinus carpio)中枢与外周生物钟(Peripheral oscillators)中Cry1、Cry2和Clock蛋白的昼夜表达模式，通过LD(12L:12D)和DD(0L:24D)光周期实验，证实视网膜是主要中枢起搏器(Central oscillator)，光信号通过调控核心时钟蛋白水平影响生理功能。研究首次在蛋白层面解析了鱼类生物钟的器官特异性调控机制，为脊椎动物环境适应研究提供新视角。

　　

摘要

鲤鱼独特的生物钟系统由光直接调控的中枢与外周起搏器构成。研究通过蛋白质水平分析发现，Cry1、Cry2和Clock蛋白在神经、免疫系统及外周器官中呈现昼夜表达模式，且具有组织特异性。视网膜表现出最强的内源性节律，提示其作为主要中枢振荡器的功能。光信号通过调控关键时钟蛋白表达，间接影响鱼类生理功能。

引言

生物钟是调控生理和行为节律的核心计时系统，通过转录-翻译反馈环(TTFL)实现。哺乳动物以视交叉上核(SCN)为中枢起搏器，而鱼类则呈现去中心化的多振荡器网络。鲤鱼基因组复制事件导致其拥有更复杂的时钟基因家族，如6个cry和3个clock基因变体。现有研究多聚焦基因表达层面，而蛋白水平的调控机制尚不明确。

材料与方法

实验选用12月龄鲤鱼(R3xR8品系)，在LD或DD条件下驯化3周。于ZT/CT 2、10、14、22时间点采集11种组织（脑、视网膜、肝脏等），通过Western blot检测Cry1、Cry2和Clock蛋白水平，以Vinculin/β-Actin为内参。采用双因素ANOVA分析光周期与时间点的交互效应。

结果

Cry1蛋白节律：在脑、脾脏等免疫器官中，LD组的Cry1水平显著高于DD组（ZT10时达峰值），而肠道在DD条件下CT22出现反常升高。

Cry2蛋白节律：视网膜中Clock与Cry2呈反相位振荡，垂体在LD组ZT22表达最低，提示Cry2在中枢起搏器的核心作用。

Clock蛋白节律：肝脏在DD条件下CT22显著升高，而胸腺和躯干肾在LD组ZT10出现峰值，反映外周振荡器的异质性。

讨论

视网膜主导地位：视网膜中Clock与Cry2的反向节律在DD条件下持续，证实其内源性振荡特性。这与斑马鱼视网膜色素上皮颗粒的昼夜运动规律相呼应。

光信号整合机制：光通过调控CRY1/2的SUMO化等翻译后修饰，影响外周器官如肝脏的代谢节律。免疫器官（头肾、脾脏）的Cry1节律提示生物钟-免疫交叉调控。

进化意义：鱼类外周振荡器的光直接敏感性，为研究脊椎动物环境适应提供独特模型。肠道时钟与消化节律的相位偏移，反映了器官功能的特异性调控。

结论

研究首次绘制了鲤鱼多器官时钟蛋白动态图谱，揭示Cry2在中枢、Cry1在外周振荡器的功能分化。视网膜的核心地位和光的全局调控作用，为理解生物钟进化与环境适应机制奠定基础。未来需结合蛋白质组学解析翻译后修饰的调控网络。