KLOCKA

För annan användning, se Klocka (disambiguation) .
KLOCKA
Circadian CLOCK protein.png
Tillgängliga strukturer
PDB Ortologisk sökning:
Identifierare
, KAT13D, bHLHe8, klocka dygnsregulator
Externa ID:n
Ortologer
Arter Mänsklig Mus
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

RefSeq (protein)

Plats (UCSC)
PubMed -sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

CLOCK (från circadian lokomotor output cycles kaput ) är en gen som kodar för en grundläggande helix-loop-helix - PAS - transkriptionsfaktor som är känd för att påverka både varaktigheten och perioden för dygnsrytmer .

Forskning visar att CLOCK -genen spelar en viktig roll som en aktivator av nedströmselement i den väg som är avgörande för genereringen av dygnsrytmer .

Upptäckt

CLOCK - genen identifierades första gången 1997 av Dr. Joseph Takahashi och hans kollegor. Takahashi använde framåtgående mutagenesscreening av möss behandlade med N-etyl-N-nitrosourea för att skapa och identifiera mutationer i nyckelgener som i stort sett påverkar dygnsaktiviteten. CLOCK - mutanterna som upptäcktes genom skärmen visade en onormalt lång period av daglig aktivitet. Denna egenskap visade sig vara ärftlig . Möss uppfödda för att vara heterozygota visade längre perioder på 24,4 timmar jämfört med kontrollperioden på 23,3 timmar. Möss som var homozygota för mutationen visade 27,3 timmars perioder, men förlorade så småningom all dygnsrytm efter flera dagar i konstant mörker. Det visade att "intakta CLOCK- gener" är nödvändiga för normal dygnsfunktion hos däggdjur [ hur ? ] .

Fungera

CLOCK-protein har visat sig spela en central roll som en transkriptionsfaktor i den cirkadiska pacemakern. I Drosophila hypofosforyleras nysyntetiserad CLOCK (CLK) i cytoplasman innan den går in i kärnan. Väl i kärnorna är CLK lokaliserad i kärnhärdar och omfördelas senare homogent. CYCLE (CYC) (även känd som dBMAL för BMAL1 -ortologen hos däggdjur) dimeriseras med CLK via sina respektive PAS-domäner . Denna dimer rekryterar sedan co-activator CREB-bindande protein (CBP) och fosforyleras ytterligare. När det väl är fosforylerat binder detta CLK-CYC-komplex till E-box- elementen i promotorerna för period (per) och tidlös (tim) via dess bHLH-domän, vilket orsakar stimulering av genuttryck av per och tim . Ett stort molärt överskott av period (PER) och tidlösa (TIM) proteiner orsakar bildning av PER-TIM heterodimeren som förhindrar CLK-CYC heterodimeren från att binda till E-boxarna av per och tim, vilket i huvudsak blockerar per och tim transkription . CLK hyperfosforyleras när dubbeltid ( DBT) kinas interagerar med CLK-CYC-komplexet på ett PER-beroende sätt, vilket destabiliserar både CLK och PER, vilket leder till nedbrytning av båda proteinerna. Hypofosforylerad CLK ackumuleras sedan, binder till E-boxarna av per och tim och aktiverar deras transkription igen. Denna cykel av post-translationell fosforylering tyder på att temporär fosforylering av CLK hjälper till med tidsmekanismen för dygnsklockan.

En liknande modell finns hos möss, där BMAL1 dimeriserar med CLOCK för att aktivera per och kryptokrom ( cry ) transkription. PER- och CRY-proteiner bildar en heterodimer som verkar på CLOCK-BMAL-heterodimeren för att undertrycka transkriptionen av per och cry . Heterodimeren CLOCK:BMAL1 fungerar på samma sätt som andra transkriptionella aktivatorkomplex; KLOCKA:BMAL1 interagerar med E-boxens reglerande element. PER- och CRY-proteiner ackumuleras och dimeriseras under subjektiv natt, och translokerar in i kärnan för att interagera med CLOCK:BMAL1-komplexet, vilket direkt hämmar deras eget uttryck. Denna forskning har utförts och validerats genom kristallografisk analys.

CLOCK uppvisar histonacetyltransferas (HAT) aktivitet, som förstärks av dimerisering med BMAL1. Dr. Paolo Sassone-Corsi och kollegor visade in vitro att CLOCK-medierad HAT-aktivitet är nödvändig för att rädda dygnsrytmer i Clock-mutanter.

Roll i andra återkopplingsslingor

CLOCK-BMAL-dimeren är involverad i reglering av andra gener och återkopplingsslingor. Ett enzym SIRT1 binder också till CLOCK-BMAL-komplexet och verkar för att undertrycka dess aktivitet, kanske genom deacetylering av Bmal1 och omgivande histoner . Emellertid är SIRT1:s roll fortfarande kontroversiell och den kan också ha en roll i att deacetylera PER-protein, inriktat på nedbrytning.

CLOCK-BMAL-dimeren fungerar som en positiv del av en återkopplingsslinga. Bindningen av CLOCK-BMAL till ett E-box-promotorelement aktiverar transkription av klockgener såsom per 1, 2 och 3 och tim i möss. Det har visats på möss att CLOCK-BMAL även aktiverar nikotinamidfosforibosyltransferasgenen ( även kallad Nampt ), en del av en separat återkopplingsslinga. Denna återkopplingsslinga skapar en metabolisk oscillator. CLOCK-BMAL-dimeren aktiverar transkription av Nampt -genen, som kodar för NAMPT-proteinet. NAMPT är en del av en serie enzymatiska reaktioner som döljer niacin (även kallad nikotinamid ) till NAD . SIRT1, som kräver NAD för sin enzymatiska aktivitet, använder sedan ökade NAD-nivåer för att undertrycka BMAL1 genom deacetylering. Denna undertryckning resulterar i mindre transkription av NAMPT, mindre NAMPT-protein, mindre NAD-framställt, och därför mindre SIRT1 och mindre undertryckande av CLOCK-BMAL-dimeren. Denna dimer kan återigen positivt aktivera Nampt- gentranskriptionen och cykeln fortsätter, vilket skapar ytterligare en oscillerande loop som involverar CLOCK-BMAL som positiva element. Den nyckelroll som Clock spelar i metabola och dygnsslingor belyser det nära förhållandet mellan metabolism och dygnsklockor.

Mutanter

Klockmuterade organismer kan antingen ha en nollmutation eller en antimorf allel vid klocklokuset som kodar för en antagonist till vildtypsproteinet. Närvaron av ett antimorft protein nedreglerar de transkriptionsprodukter som normalt uppregleras av Clock .

Drosophila

I Drosophila identifierades en mutant form av Clock ( Jrk ) av Allada, Hall och Rosbash 1998. Teamet använde framåtgenetik för att identifiera icke-dygnsrytmer hos muterade flugor. Jrk är resultatet av ett för tidigt stoppkodon som eliminerar aktiveringsdomänen för CLOCK-proteinet. Denna mutation orsakar dominerande effekter: hälften av de heterozygota flugorna med denna mutanta gen har en förlängd period på 24,8 timmar, medan den andra hälften blir arytmiska. Homozygota flugor tappar sin dygnsrytm. Dessutom visade samma forskare att dessa mutantflugor uttrycker låga nivåer av PER- och TIM-proteiner, vilket indikerar att Clock fungerar som ett positivt element i dygnsslingan. Även om mutationen påverkar flugans dygnsklocka, orsakar den inga fysiologiska eller beteendemässiga defekter. Den liknande sekvensen mellan Jrk och dess mushomolog antyder att vanliga dygnsrytmkomponenter fanns i både Drosophila och möss förfäder. En recessiv allel av Clock leder till beteendearytmicitet samtidigt som den upprätthåller detekterbara molekylära och transkriptionssvängningar. Detta tyder på att Clk bidrar till amplituden av dygnsrytmer.

Möss

Mushomologen till Jrk- mutanten är ClockΔ19 -mutanten som har en deletion i exon 19 av Clock -genen. Denna dominant-negativa mutation resulterar i en defekt CLOCK-BMAL dimer, vilket gör att möss har en minskad förmåga att aktiveras per transkription. I konstant mörker ClockΔ19 -möss som är heterozygota för Clock- mutantallelen förlängda dygnsperioder, medan ClockΔ19/Δ19 -möss som är homozygota för allelen blir arytmiska. Hos både heterozygoter och homozygoter ger denna mutation också förlängda perioder och arytmicitet på encellsnivå.

Clock -/- nollmutantmöss, där Clock har slagits ut, visar helt normala dygnsrytmer. Upptäckten av en noll Clock- mutant med en vildtypsfenotyp utmanade direkt den allmänt accepterade premissen att Clock är nödvändig för normal dygnsfunktion. Dessutom föreslog det att CLOCK-BMAL1-dimeren inte behöver existera för att modulera andra delar av den cirkadiska vägen. Neuronal PAS-domän som innehåller protein 2 ( NPAS2 , en CLOCK- paralog ) kan ersätta CLOCK i dessa Clock- nullmöss. Möss med en NPAS2- allel visade kortare perioder till en början, men så småningom arytmiskt beteende.

Observerade effekter

Hos människor kan en polymorfism i Clock , rs6832769, vara relaterad till personlighetsdraget angenäm . En annan singelnukleotidpolymorfism (SNP) i Clock , 3111C, har associerats med dygnspreferens . Denna SNP är också associerad med ökad sömnlöshet , svårigheter att gå ner i vikt och återkommande allvarliga depressiva episoder hos patienter med bipolär sjukdom .

Hos möss har Clock varit inblandad i sömnstörningar , metabolism , graviditet och humörstörningar . Klockmutantmöss sover mindre än vanliga möss varje dag. Mössen visar också förändrade nivåer av plasmaglukos och rytmer i födointag. Dessa mutanter utvecklar på metabola syndrom över tiden. Dessutom visar klockmutanter störda brunstcykler och ökade frekvenser av fullgångsgraviditetsmisslyckande. Mutant Clock har också kopplats till bipolär sjukdomsliknande symtom hos möss, inklusive mani och eufori . Klockmutantmöss uppvisar också ökad excitabilitet av dopaminneuroner i belöningscentra i hjärnan. Dessa resultat har fått Dr. Colleen McClung att föreslå användning av Clock- mutantmöss som en modell för mänskliga humör- och beteendestörningar.

CLOCK-BMAL-dimeren har också visat sig aktivera omvänd-erb-receptor alfa ( Rev-ErbA alfa ) och retinsyra föräldralös receptor alfa ( ROR-alfa ). REV-ERBα och RORα reglerar Bmal genom att binda till retinsyrarelaterade orphan receptor response element (RORE) i dess promotor.

Variationer i klockgenens epigenetik kan leda till en ökad risk för bröstcancer . Det visade sig att hos kvinnor med bröstcancer var det signifikant mindre metylering av Clock- promotorregionen. Det noterades också att denna effekt var större hos kvinnor med östrogen- och progesteronreceptornegativa tumörer.

CLOCK-genen kan också vara ett mål för somatiska mutationer i mikrosatellit-instabila kolorektala cancerformer . Ungefär hälften av förmodade nya målgener för mikrosatellitinstabilitet som är ansvariga för kolorektal cancer innehöll CLOCK-mutationer. Begynnande forskning i uttrycket av dygnsgener i fettvävnad tyder på att undertryckande av CLOCK-genen kan kausalt korrelera inte bara med fetma, utan också med typ 2-diabetes, med kvantitativa fysiska svar på dygnsrytmen matintag som potentiella input till klocksystemet.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=CLOCK&oldid=1136110243 "