生物钟的基因调控

tau基因
与部分神经元变性疾病有关,如阿尔茨海默病、帕 金森痴呆叠加综合征、肌萎缩侧索硬化、进行性核上 性麻痹、皮质基底节变性、帕金森病。
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生物钟
生物钟的分子机制 生物钟基因 生物钟基因的应用
生物钟基因的应用
在昼夜节律行为方面，有些实验动物生物钟基因 突变体的表型与多种人类疾病具有惊人的相似性
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生物钟
生物钟的分子机制 生物钟基因 生物钟基因的应用
生物钟的分子机制
输入系统 接受环境周期信号传入到振荡器
由生物钟基因及其编码的蛋白质组成 生物振荡器 接收外界传入的信号，引起相应的基因表 达，使生物体展现昼夜节律活动
输出系统
将节律振荡信号，经体液和神经途径送 达效应器，调节其生理、生化和行为的 昼夜节律
生物钟的基因调控
南美洲的危地马拉有一种第
纳鸟，它每过30分钟就会“叽 叽喳喳”地叫上一阵子。
非洲的密林里有一种报时虫，它每过
一小时就变换一种颜色。
天亮醒，天黑困，到了饭点想吃饭。
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生物钟
生物钟的分子机制 生物钟基因 生物钟基因的应用
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生物钟
生物钟的分子机制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生物钟基因 生物钟基因的应用
生物钟
生物钟又称生理钟。
它是生物体内的一种无 形的“时钟”，实际上 是生物体生命活动的内 在节律性。
人体生物钟和地球自转 周期同步大约为24小时。
最初人们猜想生物钟可能是因为有机体对每天昼夜 变化的反应，白天寻找食物，晚上休息。
但是实验证明生物体在没有任何环境变化的条件下 仍表现出以24小时为一周期的有节律的行为。
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生物钟
生物钟的分子机制 生物钟基因 生物钟基因的应用
生物钟基因
人体内共16个生物钟基因 16个遗传基因在一天中的活跃时间各不相同， 弄清生物钟基因的工作机制

自由控制人体生物钟
per基因
1971年Konopka和Benzer用一种化学突变剂处 理果蝇，x染色体突变，发现了三种不同的突 变体，其中两种生物节律时间分别为19和29 小时，另一种表现为没有任何节律。 --------period基因
生物钟基因与癌症
一些细胞周期基因的表达也受到生物钟基因的调控
生物节律的改变可能会引起这些基因表达紊乱从而 使得细胞分化出现异常，最终导致癌症的发生
生物钟基因的应用
现代人越来越丰富的夜生活与无规律的作息习 惯正在破坏着生物节律，尤其是昼伏夜出者。
然而扰乱生物钟可能会增加癌症等疾病的发生
率。
生物钟基因的应用
顺应生物钟，减少生物钟磨损，保证生
物钟准点。
保养生物钟，不能等生物钟出了问题才
注意。
维修生物钟，生物钟一旦出错应即使维
修，避免其继续发展。
生物钟的分子机制
生物振荡器
核心原件
反馈调节回路
生物钟基因经转录、翻译生成相应的蛋白质。 当此蛋白质浓度达到一定程度，反馈作用于自身基 因的启动部位，其中正性成分，启动生物钟基因， 使之进行表达；负性成分，使生物钟基因表达减弱 或停止-------基因表达有节律的进行。 由此使翻译生成的蛋白质浓度高低以24小时周期进 行振荡，故使生物体展现昼夜节律活动。
生物钟基因的研究有助于对遗传性疾病的了解、
揭示生命节律性活动的本质、开拓遗传学研究新 领域，可为医疗保健提供新的理论依据。
生物钟基因与血压
生物钟基因BMAL1同时也可以控制血压 一旦BMAL1不再活跃，生物钟就会停止工作，而
血压、血糖浓度、体重和新陈代谢都会发生变化
生物钟基因与癌症
过度表达会 导致乳腺癌 的发生
per基因
哺乳动物-----mpre基因
24小时内的表达程度不同，per1的表达高峰在早晨，而per2的表 达高峰在下午，per3仅在部分早晨表达。（部分功能重复）
人类------自然发生的突变体
提前睡眠阶段综合症（per2突变）——表现为提前醒来和开 始睡眠，很难把他们的作息时间调整得和健康人一样。 延迟睡眠综合症（per3突变）——表现为较晚的醒来和开始 睡眠
昼夜节律的打乱与乳腺癌的发生相关——长期的轮换 班工作使乳腺癌的发病率提高了10%-60% per1蛋白参与DNA损毁修复，故per1蛋白能够抑制癌 细胞系的生长；而per2蛋白能降低雌激素受体α亚型 转录活性
Per1和Per2基因在细胞中起到了抑制癌变 的作用
外界干预（节律紊乱）导致PER启动子甲基化，大多乳 腺癌患者PER蛋白的表达都是降低的