楊麗婷 綜述,劉 森 審校
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·綜述·
KaiB調(diào)控藍(lán)藻生物鐘振蕩的分子機(jī)制
楊麗婷 綜述,劉森 審校
[摘要]藍(lán)藻PCC7942的基因簇KaiABC編碼的KaiA、KaiB及KaiC蛋白對(duì)單細(xì)胞藍(lán)藻的生物節(jié)律非常重要。藍(lán)藻翻譯后生物鐘是受一系列生物化學(xué)反應(yīng)控制的,其中包括磷酸化反應(yīng)、ATP水解、單體的交換以及各種分子構(gòu)象的變化,從而維持了生物振蕩的準(zhǔn)確與精密。本文對(duì)近些年來KaiB在翻譯后振蕩體系中參與Kai蛋白的相互作用而共同調(diào)節(jié)生物振蕩,對(duì)ATP酶的影響及誘導(dǎo)KaiC單體的交換等一系列過程進(jìn)行了綜述,并介紹了KaiB與信號(hào)輸出蛋白SasA的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,這對(duì)揭示體外生物鐘的工作機(jī)制有著非常重要的意義。
[關(guān)鍵詞]KaiB蛋白;磷酸化循環(huán)反應(yīng);單體的交換;ATP酶活性;SasA
作者單位:443002湖北宜昌,腫瘤微環(huán)境與免疫治療湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院
引用格式:楊麗婷,劉森.KaiB調(diào)控藍(lán)藻生物鐘振蕩的分子機(jī)制[J].東南國防醫(yī)藥,2016,18(1):68-72.
生物節(jié)律現(xiàn)象廣泛存在于生物界,而且越來越多的研究報(bào)道顯示:無論是原核單細(xì)胞有機(jī)體、高等動(dòng)植物還是人類的許多生理代謝活動(dòng)都是在生物鐘控制下進(jìn)行的。藍(lán)藻是已知的具有晝夜節(jié)律生物鐘的最簡(jiǎn)單模式生物,為闡明晝夜節(jié)律的基本分子機(jī)制帶來很大便利,其KaiA、KaiB及KaiC三種核心蛋白維持的生物振蕩,不依賴于DNA轉(zhuǎn)錄水平與RNA翻譯水平調(diào)控的轉(zhuǎn)錄/翻譯負(fù)反饋回路(Transcriptional/Translational Feedback Loop, TTFL),稱為翻譯后振蕩(Post-Translational Oscillation,PTO)[1]。更為重要的是,KaiA/KaiB/KaiC體系是目前唯一能在體外重組的、翻譯后振蕩的生物鐘體系,并且生物鐘所具有的自我維持性、周期性及溫度補(bǔ)償性都可以由KaiA、KaiB、KaiC及ATP在試管條件下重現(xiàn)[2]。因此,該體系對(duì)于體外研究蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)模式具有重要意義,對(duì)理解晝夜節(jié)律振蕩器的形成機(jī)制也具有重要價(jià)值。本文對(duì)近些年來KaiB在振蕩體系中參與Kai蛋白的相互作用而共同調(diào)節(jié)生物振蕩,KaiB對(duì)ATP酶的影響及誘導(dǎo)KaiC單體的交換等一系列過程進(jìn)行了綜述,并介紹了KaiB與信號(hào)輸出蛋白SasA的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,這對(duì)揭示體外生物鐘的工作機(jī)制有著非常重要的意義。
1KaiABC生物節(jié)律簡(jiǎn)介
藍(lán)藻生物鐘基因是一個(gè)由KaiA、KaiB及KaiC基因組成的基因簇KaiABC,其中KaiA單獨(dú)轉(zhuǎn)錄,KaiB、KaiC共同轉(zhuǎn)錄,它們的表達(dá)產(chǎn)物KaiA、KaiB及KaiC蛋白共同組成生物鐘的中央振蕩器,產(chǎn)生晝夜節(jié)律的計(jì)時(shí)機(jī)制。具體表現(xiàn)有:基因簇轉(zhuǎn)錄水平呈高低的節(jié)律性變化,KaiC蛋白磷酸化水平高低的節(jié)律性變化。在轉(zhuǎn)錄水平,KaiA蛋白會(huì)增加KaiB與KaiC的轉(zhuǎn)錄,同時(shí)其產(chǎn)物KaiC蛋白會(huì)抑制KaiA基因的表達(dá),一旦KaiA基因的表達(dá)受抑制,KaiA蛋白量會(huì)下降,KaiB與KaiC的轉(zhuǎn)錄效率也隨之下降,即KaiB與KaiC的轉(zhuǎn)錄水平呈現(xiàn)出節(jié)律性。在蛋白水平,核心蛋白KaiC同時(shí)具有自激酶(Autokinase)和自磷酸酶(Autophosphatase)的活性,自激酶活性的存在,使KaiC能夠在自身亞基間相互磷酸化;而自磷酸酶活性則使磷酸化的KaiC能夠自動(dòng)去磷酸化,這兩種酶活性的存在使KaiC發(fā)生磷酸化-去磷酸化周期性變化具備了可能性[3]。KaiA蛋白通過促進(jìn)KaiC蛋白的磷酸化與抑制KaiC蛋白的去磷酸化,提高KaiC的磷酸化水平,而KaiB是KaiC磷酸化的負(fù)調(diào)控因子,能降低由KaiA增強(qiáng)的KaiC的磷酸化水平,使KaiC自身去磷酸化,在KaiA與KaiB的共同作用下,KaiC從整體上表現(xiàn)出磷酸化和去磷酸化的周期性振蕩[4]。
Kai蛋白與其他生物鐘蛋白沒有相似性,只要破壞這三種蛋白中的任何一種就將會(huì)使生物節(jié)律紊亂,而KaiC蛋白的生物化學(xué)性質(zhì)是了解生物鐘特性的關(guān)鍵。KaiC蛋白的功能形式是由六個(gè)單體聚合而成的同源六聚體,每個(gè)單體有兩個(gè)亞基,即N端的CI亞基與C端的CII亞基,每個(gè)CII亞基有431位的絲氨酸(S431)殘基和432位的蘇氨酸(T432)殘基兩個(gè)磷酸化位點(diǎn)。因此,每個(gè)KaiC單體就有四種可能的磷酸化狀態(tài),分別呈現(xiàn)出不同的功能。具體的表現(xiàn)為為KaiC磷酸化/去磷酸化循環(huán)的四個(gè)步驟:a. T432的磷酸化;b. S431的磷酸化;c. T432的去磷酸化;d. S431的去磷酸化(圖1)。這2個(gè)磷酸化位點(diǎn)的磷酸化和去磷酸化嚴(yán)格按照上面的順序進(jìn)行,形成一個(gè)精密的時(shí)間記錄元件,單向記錄時(shí)間的流逝[5]。
磷酸化時(shí)相,在KaiA的作用下,處于低磷酸化狀態(tài)的KaiC(TS)先T432的磷酸化(pTS),然后 S431的磷酸化(pTpS);去磷酸化時(shí)相,在KaiA與KaiB共同作用下,處于高磷酸化狀態(tài)的KaiC(pTpS)先T432的去磷酸化(TpS),然后 S431的去磷酸化,KaiC回到低磷酸化狀態(tài)(TS),一個(gè)循環(huán)結(jié)束,新的循環(huán)開始圖1 KaiC的磷酸化/去磷酸化循環(huán)
2Kai蛋白的結(jié)合位點(diǎn)
目前已經(jīng)證實(shí)KaiA有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn),在磷酸化時(shí)相與去磷酸化時(shí)相分別與KaiCII的A-Loop結(jié)構(gòu)域[6]和KaiB[7]相互作用。KaiA二聚體對(duì)低磷酸化的KaiC的親和力高于處于高磷酸化狀態(tài)的KaiC[8],當(dāng)KaiC的CII亞基處于低磷酸化狀態(tài)時(shí),KaiA通過結(jié)合C端的A-loop(488-497位),增強(qiáng)KaiC的自激酶的活性同時(shí)減弱磷酸酶的活性,加速其向高磷酸化狀態(tài)的轉(zhuǎn)變,從而促進(jìn)KaiC磷酸化反應(yīng)。而KaiB則選擇性的結(jié)合到處于高磷酸化狀態(tài)的KaiC上,通過抑制KaiA的活性,從而使KaiC在磷酸酶的優(yōu)勢(shì)活性下,向低磷酸化狀態(tài)轉(zhuǎn)變[9]。定向標(biāo)記的電子自旋共振分析表明KaiA-KaiB有瞬間的相互作用。電子自旋磁共振顯示KaiA的C端與KaiB相互作用,而KaiA的N端對(duì)KaiA-KaiB的相互作用不是必需的。進(jìn)一步研究顯示,KaiA缺失1-179位就不能與KaiB相互作用[6],所以KaiA連接N端與C端的連接區(qū)域(147-170位),對(duì)KaiA-KaiB的相互作用非常重要。進(jìn)一步研究顯示KaiC的N端能夠增強(qiáng)ΔNKaiA-KaiB(ΔNKaiA為KaiA缺失1-135位)的相互作用[10]。
KaiB的主要作用是結(jié)合磷酸化狀態(tài)的KaiC,阻止KaiA與KaiC的相互作用,從而促進(jìn)KaiC向去磷酸化狀態(tài)轉(zhuǎn)變,但KaiB與KaiC相互作用區(qū)域迄今尚不明確。電鏡、小角散射實(shí)驗(yàn)表明KaiB是和KaiC的CII亞基結(jié)合的,那么KaiB最可能是通過結(jié)合在KaiC的CII亞基端,直接占據(jù)KaiA的結(jié)合位點(diǎn),或形成空間位阻,來影響KaiA與KaiC的結(jié)合;Villarreal等[11]的研究,較好地支持KaiB-KaiC相互作用發(fā)生在CII端的ATP溝槽。Chang等[12]利用NMR實(shí)驗(yàn)表明KaiB和KaiC反應(yīng)發(fā)生在CI亞基由一些非極性氨基酸及帶負(fù)電的氨基酸殘基組成的B-loop(116-123位),但具體的作用區(qū)域目前還不明確,且存在爭(zhēng)議。一般情況下,KaiB是不能結(jié)合到KaiC的CI亞基上的,因?yàn)檫@個(gè)結(jié)合位點(diǎn)是隱藏的。但是當(dāng)CI亞基和CII亞基之間有堆積力的作用,使CI亞基構(gòu)象發(fā)生變化,暴露出KaiB結(jié)合位點(diǎn)時(shí),KaiB才能結(jié)合上去[12]。這說明KaiB有也可能結(jié)合在CI亞基來調(diào)節(jié)KaiC的磷酸化程度。
綜上所述,KaiB可能結(jié)合在KaiC的CI亞基和CII亞基。如果KaiB結(jié)合在CII亞基上則主要可能是通過直接影響CII亞基的表面靜電勢(shì)(electrostatic surface potential,ESP)調(diào)節(jié)KaiC的運(yùn)行,也有可能是阻礙KaiA與KaiC的結(jié)合位點(diǎn)來調(diào)節(jié)KaiC的振蕩,還有可能是調(diào)節(jié)ATP與KaiC的反應(yīng)來調(diào)節(jié)KaiABC的正常運(yùn)行。如果KaiB結(jié)合在CI亞基上,則可能是從KaiC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面來間接調(diào)節(jié)KaiABC反應(yīng)。雖然KaiB與KaiC的具體結(jié)合位點(diǎn)存在爭(zhēng)議,但是KaiB的結(jié)合都可以占領(lǐng)或影響KaiA與KaiC的結(jié)合,來實(shí)現(xiàn)使KaiC從高磷酸化狀態(tài)向低磷酸化狀態(tài)的轉(zhuǎn)變[13]。
3KaiB結(jié)合KaiC時(shí)的聚合形式
KaiB是三種蛋白中最小的一個(gè),結(jié)構(gòu)類似于硫氧還蛋白折疊的二聚體或四聚體,單體由102個(gè)氨基酸組成。KaiB蛋白會(huì)發(fā)生自身相互作用而形成二聚體、四聚體甚至多聚體。最近的研究發(fā)現(xiàn),生物鐘蛋白KaiB不具有自激酶活性,但可以與KaiC直接發(fā)生相互作用而參與生物鐘的調(diào)控,并且KaiB的不同的聚合形式之間的平衡和轉(zhuǎn)化,對(duì)核心振蕩器的節(jié)律性有影響[14]。那么,KaiB究竟以何種形式與KaiC結(jié)合的呢?
基于以前的研究我們認(rèn)為KaiB是以穩(wěn)定的同源四聚體存在,但它的四聚體不能與KaiA或KaiC相互作用,只有當(dāng)聚合物解聚后才有此功能。KaiA就是通過加速KaiB四聚體的解離,從而促進(jìn)KaiB與KaiC的結(jié)合。同樣的方法,KaiC促進(jìn)KaiB與KaiA的相互作用。已經(jīng)有研究顯示,KaiB是以二聚體的形式結(jié)合到CII亞基上的,KaiB二聚體與CII亞基的頂端相互作用形成三層夾心的結(jié)構(gòu)[15]。Heck等用質(zhì)譜的手段發(fā)現(xiàn)在與KaiC的結(jié)合過程中,KaiB的單體、二聚體、四聚體等形式都有參與,他們指出KaiB單體是和KaiC發(fā)生反應(yīng)的基本單位,而且不排除KaiB能和KaiC的CI亞基、CII亞基都發(fā)生反應(yīng)[16]。因此,KaiB的單體、二聚體和四聚體形式的動(dòng)態(tài)變化,可能與KaiC的磷酸化振蕩息息相關(guān)。而KaiB的尾端可能通過影響單體-二聚體-四聚體的平衡而影響其聚合狀態(tài),然而只有二聚體與KaiC發(fā)生相互作用,不同時(shí)期可能KaiB有不同的聚合體形式和KaiC發(fā)生相互作用[17]。我們通過構(gòu)建不同的共價(jià)連接寡聚體的策略,研究了KaiA和KaiB蛋白的共價(jià)二聚體的功能,初步發(fā)現(xiàn)共價(jià)連接的蛋白對(duì)KaiC的振蕩現(xiàn)象產(chǎn)生了很大影響,反映出寡聚體間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變對(duì)該振蕩體系正常功能的重要性。相信對(duì)KaiA/KaiB/KaiC核心振蕩體系的分子機(jī)制的進(jìn)一步闡明,將有助于我們對(duì)蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)、生物振蕩器以及高等生物晝夜節(jié)律現(xiàn)象等的深入理解。
4KaiB影響ATP酶的活性及誘導(dǎo)KaiC單體的交換
除了KaiC的磷酸循環(huán),ATP的結(jié)合也是藍(lán)藻生物計(jì)時(shí)機(jī)制的一個(gè)重要的生物過程。ATP的主要功能是為該體系提供能量、維持KaiC的六聚體功能狀態(tài)以及為KaiC的磷酸化提供磷酸基團(tuán)參與KaiC的磷酸化振蕩。而KaiB通過影響ATP的結(jié)合而間接的影響到該體系的能量供給及KaiC功能六聚體的形成,從而阻礙KaiC的磷酸化循環(huán)的正常運(yùn)行。
此外,KaiC是一個(gè)特殊的ATP酶,并且這種ATP酶的活性也呈現(xiàn)節(jié)律性與溫度補(bǔ)償效應(yīng),而且這種活性似乎還決定著KaiA/KaiB/KaiC振蕩體系周期的長(zhǎng)短:活性越高,周期越短;活性越低,周期越長(zhǎng)[18]。KaiC上的ATP酶的活性主要受KaiB與KaiA調(diào)控,與KaiC所處的磷酸化狀態(tài)無關(guān)[19]。KaiC的ATP酶和磷酸酶的活性是相互交融的。由于CI亞基結(jié)構(gòu)的特殊性,只有ATP酶活性,且較穩(wěn)定。如果KaiB與CI亞基結(jié)合則會(huì)影響CI亞基上的ATP酶活性,從而影響KaiC的磷酸化振蕩[10]。此外,KaiB可能通過結(jié)合到KaiC的CII亞基ATP結(jié)合槽上,影響ATP的結(jié)合,從而來調(diào)節(jié)KaiC磷酸化振蕩。當(dāng)KaiC達(dá)到一定的磷酸化程度后,其CII亞基的激酶活性由于KaiB對(duì)ATP結(jié)合槽的影響而轉(zhuǎn)向?yàn)锳TP合成酶活性和ATP水解酶活性,從而進(jìn)入去磷酸化相位[20]。因此,從一定意義上可以說,KaiB是KaiABC磷酸化振蕩體系的核心調(diào)節(jié)元件,該調(diào)控受到ATP結(jié)合比例的影響。
另外,KaiB通過影響ATP的結(jié)合誘導(dǎo)KaiC單體的交換。很多實(shí)驗(yàn)都證實(shí)在KaiC的磷酸化循環(huán)過程中,KaiC六聚體與單體及另外的KaiC六聚體會(huì)發(fā)生亞基的交換,即KaiC六聚體存在不斷的解聚與再聚合過程[5]。研究表明,任何狀態(tài)的KaiC單體都可以和六聚體的KaiC中的單體發(fā)生交換,從而改變六聚體KaiC的磷酸化水平[21],這對(duì)維持較高的振蕩振幅是非常重要的。KaiC的CII結(jié)構(gòu)域ESP在處于低磷酸化狀態(tài)時(shí)是帶正電的,在轉(zhuǎn)向高磷酸化狀態(tài)時(shí)分子表面就會(huì)累積負(fù)電荷;KaiB的C末端富含酸性氨基酸,而ATP是該區(qū)域中唯一一個(gè)與KaiB尾巴帶有相同電性的分子。因此,KaiB很有可能定向的與KaiC相互作用而將其聚合體分離為單體及干擾ATP的結(jié)合。如果KaiB將它的尾巴插入到KaiC的兩個(gè)亞基之間,ATP的結(jié)合位點(diǎn)就會(huì)被破壞,從而減弱亞基之間的相互作用,最終導(dǎo)致亞基的分離甚至是促成他們之間的交換[22]。因此,KaiB除了抑制KaiA的功能,還可能用它帶負(fù)電荷的C末端減弱KaiCII亞基的相互作用及減弱ATP酶的活性甚至是替換ATP。KaiC的CI亞基與CII亞基以及這兩個(gè)亞基的相互作用,對(duì)這種酶活性的轉(zhuǎn)變起關(guān)鍵作用[23]。綜上所述,KaiB可以通過影響ATP的結(jié)合、影響ATP酶的活性及誘導(dǎo)KaiC單體的交換而間接的調(diào)控KaiC的磷酸化振蕩(圖2)。
圖2 KaiB調(diào)控KaiC的磷酸化振蕩
5KaiB與SasA競(jìng)爭(zhēng)KaiCII同一結(jié)合位點(diǎn)
信號(hào)輸出蛋白SasA,是組氨酸激酶感受器,最初的研究表明SasA與KaiC有相互作用,并且該作用發(fā)生在SasA的N端結(jié)構(gòu)域(1-97位),進(jìn)一步的研究又發(fā)現(xiàn)他們的相互作用也是有節(jié)律性的。SasA-KaiC復(fù)合物的SAXS和EM的綜合結(jié)果顯示,兩個(gè)SasA的N端結(jié)合在KaiCII上KaiB的結(jié)合位點(diǎn)上,并且對(duì)之后KaiC的磷酸化狀態(tài)敏感。非變性PAGE膠顯示:SasA與KaiB都不結(jié)合KaiCI;SasA與KaiB 兩種蛋白競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合到KaiCII結(jié)構(gòu)域上;SasA結(jié)合KaiC比KaiB結(jié)合KaiC更緊密。簡(jiǎn)言之就是SasA與KaiB競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合到KaiCII結(jié)構(gòu)域上,這個(gè)結(jié)論就可以很好的解釋在KaiB的活性被抑制的時(shí)候,SasA可以替代KaiB與KaiC發(fā)生相互作用[24]。綜上所述,SasA[25]與KaiB[12]都結(jié)合到KaiCII結(jié)構(gòu)域上,并且KaiB與SasA競(jìng)爭(zhēng)同一結(jié)合位點(diǎn)B-Loop。
N-SasA與KaiB有很大一段相似序列,它可以與KaiC直接相互作用。進(jìn)一步研究表明SasA與KaiB有許多相似的特性,其中包括ESP,但是N-SasA水溶液的核磁(NMR)圖顯示N-SasA與KaiB有很重要的不同點(diǎn)。SasA與KaiB的一個(gè)顯著的不同就是SasA單體就可以感知KaiC的磷酸化狀態(tài),但目前沒有充足的證據(jù)證明KaiB也是以單體的形式結(jié)合到KaiC上的。另外,SasA與KaiB的C末端尾巴有很大的不同,KaiB的C末端顯著性的特征是富含酸性殘基的氨基酸,而SasA的C末端作為二聚體的連接子沒有這一特征[22]。KaiB只能結(jié)合到S431殘基磷酸化狀態(tài)的KaiC上[26],而SasA能夠結(jié)合任何磷酸化狀態(tài)的KaiC[27],但是KaiB能替換處于任何磷酸化狀態(tài)的KaiC上結(jié)合的SasA[14]。KaiC的N端直接與SasA相互作用接受時(shí)間信號(hào),并促進(jìn)SasA的磷酸化循環(huán)然后將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)錄因子RpaA,RpaA磷酸化而被激活[28]。在主觀黑暗條件下,KaiB-KaiC復(fù)合物激活CikA,從而誘導(dǎo)RpaA的去磷酸化而被抑制[29]。因此,KaiB-KaiC結(jié)合的節(jié)律可以通過調(diào)控隨后對(duì)RpaA具有相反作用的SasA與CikA而調(diào)控生物鐘信號(hào)的輸出。
6結(jié)語
生物鐘是生物適應(yīng)環(huán)境周期性變化的一種內(nèi)在機(jī)制,具有調(diào)控代謝、生理穩(wěn)態(tài)、睡眠及衰老等重要的生理功能,生物鐘的紊亂會(huì)嚴(yán)重影響健康或生存。近年來,陸續(xù)有研究證明了生物節(jié)律紊亂與皮膚病、心血管疾病及癌癥等疾病的發(fā)生發(fā)展存在著密切關(guān)系。生物鐘研究以同時(shí)考察時(shí)間和空間四維尺度的方式來研究生命現(xiàn)象的節(jié)律性動(dòng)態(tài)變化,可以更為準(zhǔn)確地揭示生命現(xiàn)象的規(guī)律及內(nèi)在機(jī)制。藍(lán)藻生物鐘體系是目前已知最簡(jiǎn)單的生物鐘體系,但機(jī)制又非常復(fù)雜,雖然經(jīng)過近30年的研究,僅就KaiB仍有諸多未解決的問題:KaiB與KaiC的具體結(jié)合部位,結(jié)合形式,結(jié)合狀態(tài)等都存在一些爭(zhēng)議,有些觀點(diǎn)甚至截然相反。KaiB與KaiC的相互作用對(duì)磷酸化時(shí)相轉(zhuǎn)向去磷酸化時(shí)相有非常重要的意義,但是目前其中的機(jī)制研究仍不清楚。對(duì)Kai復(fù)合物的研究顯示,KaiB存在單體、二聚體及四聚體,但是KaiB的結(jié)合模式,相互作用的化學(xué)計(jì)量以及確切的結(jié)合表面仍存在諸多疑點(diǎn)。對(duì)于這些問題的解決,有待更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。通過對(duì)這些生物機(jī)制深入、系統(tǒng)的研究,為人們更好的適應(yīng)生存環(huán)境提供了科學(xué)合理的指導(dǎo),同時(shí)也為相關(guān)疾病的研究奠定了理論基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]Teng SW, Mukherji S, Moffitt JR, et al. Robust circadian oscillations in growing cyanobacteria require transcriptional feedback[J]. Science, 2013, 340(6133): 737-740.
[2]Nakajima M, Imai K, Ito H, et al. Reconstitution of circadian oscillation of cyanobacterial KaiC phosphorylation in vitro[J]. Science, 2005, 308(5720): 414-415.
[3]Iwasaki H, Williams SB, Kitayama Y, et al. A KaiC-interacting sensory histidine kinase, SasA, necessary to sustain robust circadian oscillation in cyanobacteria[J]. Cell, 2000, 101(2): 223-233.
[4]陳為群,劉松,劉森.藍(lán)藻生物鐘核心振蕩器的分子機(jī)制研究進(jìn)展[J].生物物理學(xué)報(bào),2013, 29(11): 801-810.
[5]Ito H, Kageyama H, Mutsuda M, et al. Autonomous synchronization of the circadian KaiC phosphorylation rhythm[J]. Nat Struct Mol Biol, 2007, 14(11): 1084-1088.
[6]Kim YI, Dong G, Carruthers CW, et al. The day/night switch in KaiC, a central oscillator component of the circadian clock of cyanobacteria[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2008, 105(35): 12825-12830.
[7]Phong C, Markson JS, Wilhoite CM, et al. Robust and tunable circadian rhythms from differentially sensitive catalytic domains[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2013, 110(3): 1124-1129.
[8]Ma L, Ranganathan R. Quantifying the rhythm of KaiB-C interaction for in vitro cyanobacterial circadian clock[J]. PLoS One, 2012, 7(8): e42581.
[9]Nishiwaki T, Satomi Y, Kitayama Y, et al. A sequential program of dual phosphorylation of KaiC as a basis for circadian rhythm in cyanobacteria[J]. EMBO J, 2007, 26(17): 4029-4037.
[10]Tseng R, Chang YG, Bravo I, et al. Cooperative KaiA-KaiB-KaiC interactions affect KaiB/SasA competition in the circadian clock of cyanobacteria[J]. J Mol Biol, 2014, 426(2): 389-402.
[11]Villarreal SA, Pattanayek R, Williams DR, et al. CryoEM and molecular dynamics of the circadian KaiB-KaiC complex indicates that KaiB monomers interact with KaiC and block ATP binding clefts[J]. J Mol Biol, 2013, 425(18): 3311-3324.
[12]Chang YG, Tseng R, Kuo NW, et al. Rhythmic ring-ring stacking drives the circadian oscillator clockwise[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2012, 109(42): 16847-16851.
[13]Iwasaki H, Nishiwaki T, Kitayama Y, et al. KaiA-stimulated KaiC phosphorylation in circadian timing loops in cyanobacteria[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2002, 99(24): 15788-15793.
[14]Murakami R, Mutoh R, Iwase R, et al. The roles of the dimeric and tetrameric structures of the clock protein KaiB in the generation of circadian oscillations in cyanobacteria[J]. J Biol Chem, 2012, 287(35): 29506-29515.
[15]Pattanayek R, Williams DR, Pattanayek S, et al. Structural model of the circadian clock KaiB-KaiC complex and mechanism for modulation of KaiC phosphorylation[J]. EMBO J, 2008, 27(12): 1767-1778.
[16]Snijder J, Burnley RJ, Wiegard A, et al. Insight into cyanobacterial circadian timing from structural details of the KaiB-KaiC interaction[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2014, 111(4): 1379-1384.
[17]劉松,劉森.藍(lán)藻生物鐘核心振蕩器的kaiB-kaiC相互作用的機(jī)制[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,2015, 42(3): 1-8.
[18]Murakami R, Miyake A, Iwase R. ATPase activity and its temperature compensation of the cyanobacterial clock protein KaiC[J]. Genes Cells, 2008, 13(4): 387-395.
[19]Terauchi K, Kitayama Y, Nishiwaki T, et al. ATPase activity of KaiC determines the basic timing for circadian clock of cyanobacteria[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2007, 104(41): 16377-16381.
[20]Mutoh R, Nishimura A, Yasui S, et al. The ATP-mediated regulation of KaiB-KaiC interaction in the cyanobacterial circadian clock[J]. PLoS One, 2013, 8(11): e80200.
[21]Yoda M, Eguchi K, Terada TP, et al. Monomer-shuffling and allosteric transition in KaiC circadian oscillation[J]. PLoS One, 2007, 2(5): e408.
[22]Pattanayek R, Williams DR, Rossi G, et al. Combined SAXS/EM based models of the S.elongatus post-translational circadian oscillator and its interactions with the output His-kinase SasA[J]. PLoS One, 2011, 6(8): e23697.
[23]Egli M, Mori T, Pattanayek R, et al. Dephosphorylation of the core clock protein KaiC in the cyanobacterial KaiABC circadian oscillator proceeds via an ATP synthase mechanism[J]. Biochemistry, 2012, 51(8): 1547-1558.
[24]Kageyama H, Kondo T, Iwasaki H. Circadian formation of clock protein complexes by KaiA, KaiB, KaiC, and SasA in cyanobacteria[J]. J Biol Chem, 2003, 278(4): 2388-2395.
[25]Chang YG, Kuo NW, Tseng R, et al. Flexibility of the C-terminal, or CII, ring of KaiC governs the rhythm of the circadian clock of cyanobacteria[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2011, 108(35): 14431-14436.
[26]Rust MJ, Markson JS, Lane WS, et al. Ordered phosphorylation governs oscillation of a three-protein circadian clock[J]. Science, 2007, 318(5851): 809-812.
[27]Valencia S, Bitou K, Ishii K, et al. Phase-dependent generation and transmission of time information by the KaiABC circadian clock oscillator through SasA-KaiC interaction in cyanobacteria[J]. Genes Cells, 2012, 17(5): 398-419.
[28]Takai N, Nakajima M, Oyama T, et al. A KaiC-associating SasA-RpaA two-component regulatory system as a major circadian timing mediator in cyanobacteria[J]. Proc Nat Acad Sci USA, 2006, 103(32): 12109-12114.
[29]Gutu A, O’Shea EK. Two antagonistic clock-regulated histidine kinases time the activation of circadian gene expression[J]. Mol Cell, 2013, 50(2): 288-294.
(本文編輯:張仲書)
(收稿日期:2015-11-08;修回日期:2015-12-08)
通訊作者:劉森,E-mail: senliu.ctgu@gmail.com
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21103098)
[中圖分類號(hào)]Q6,Q7
[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A
doi:10.3969/j.issn.1672-271X.2016.01.021