JCB丨张勇团队揭示RTF1在昼夜节律调控中的核心作用

生物钟是生物体内一种内源性的计时系统，它通过转录-翻译反馈回路（TTFL）调节睡眠-觉醒、新陈代谢等重要生理过程。在果蝇中，核心转录激活因子CLOCK（CLK）与CYCLE（CYC）形成异二聚体，结合在时钟基因period（per）、timeless（tim）等启动子的E-box序列上，激活其转录。随着PER/TIM蛋白的积累，它们通过反馈抑制CLK/CYC的活性，形成约24小时的昼夜振荡周期（Patke et al., 2020）。然而，这一核心的TTFL环路是如何被精确调控，以维持其振幅和稳定性的？越来越多的证据表明，染色质状态和组蛋白修饰在这一过程中扮演着至关重要的角色（Kwok et al., 2015a; Kwok et al., 2015b; Zhu and Belden, 2020）。它们像是基因“乐谱”上的标记，精确指挥着细胞在正确的时间、以正确的强度“演奏”时钟基因。尽管已有一些组蛋白修饰酶与生物钟相关的发现，但它们的具体调控机制和关键桥梁分子仍未完全明晰。

在此背景下，苏州大学张勇教授团队通过在Journal of Cell Biology上的最新研究RTF1 enhances CLK occupancy and histone methylation at key circadian clock pacemaker gene loci.，发现RNA聚合酶II相关因子1复合物（Paf1C）的核心调控亚基RTF1在这一调控网络中起到了关键作用。RTF1通过促进核心时钟转录因子CLK在per/tim基因启动子区的结合，以及通过调控组蛋白H3K4三甲基化（H3K4me3）水平，精确调控了果蝇的昼夜节律。

研究团队发现在果蝇时钟神经元敲低Paf1C复合物的任何一个亚基（如PAF1, CTR9, LEO1, RTF1, HYX）都会导致果蝇昼夜节律周期显著延长。特别是RTF1这一核心调控亚基的敲低，表现出了最为显著的表型——节律周期延长约2小时，同时节律的稳健性（Power）也大幅下降。随后研究者通过一系列精密的实验设计，深入探讨了RTF1如何在分子层面调控果蝇昼夜节律。

首先，研究人员通过RNA-seq和qPCR分析发现，RTF1的缺失导致per和tim基因的mRNA水平显著下降，特别是在夜间的表达峰值期。同时，PER和TIM蛋白的振荡幅度也显著减弱。进一步实验表明，过表达PER能有效恢复因RTF1缺失导致的生物钟周期延长现象，证明了RTF1在通过调控PER表达来维持节律方面的核心作用。

随后，研究团队通过果蝇S2细胞发现RTF1与CLK存在互作，并促进per启动子的转录激活。染色质免疫共沉淀（ChIP）实验表明，RTF1通过增强CLK在per和tim基因启动子上的结合，起到稳定转录因子与DNA结合的作用。这一发现揭示了RTF1作为转录调节因子在CLK的功能中不可或缺的辅助作用。

最后，研究团队进一步探讨了RTF1通过组蛋白修饰调节基因表达的机制。RTF1与SET1/CLK蛋白互作，调控时钟基因启动区域H3K4me3的水平。ChIP实验显示，RTF1或SET1的缺失显著降低了H3K4me3在per和tim基因启动子区域的修饰水平，这一发现强调了RTF1在调节基因表达的同时对染色质修饰的关键作用。

此外，研究人员还在人类细胞（U2OS细胞）中验证了这些发现。研究发现，RTF1在人类细胞中同样能够与核心时钟蛋白BMAL1和CLOCK相互作用。在U2OS细胞中，敲低RTF1导致PER2等核心时钟基因的表达下调，并使生物钟荧光报告基因的振荡周期延长和振幅减弱。这表明，RTF1通过组蛋白修饰调节生物钟的机制具有跨物种的保守性，可能同样适用于哺乳动物系统。

总体来说，这项研究揭示了RTF1在昼夜节律调控中的核心作用，将Paf1C复合物与精确的时钟基因转录调控直接关联。研究进一步表明，RTF1通过促进CLK在基因启动子上的占位及SET1介导的H3K4me3修饰，精细调控了核心时钟基因的转录活动。RTF1在果蝇和哺乳动物中的保守作用，为我们理解生物钟的分子机制提供了重要线索，未来这一发现有望为时钟相关疾病的治疗提供新思路。

原文链接https://doi.org/10.1083/jcb.202501221

苏州大学剑桥-苏大基因组资源中心张勇教授课题组长期致力于生物钟调控机制及其生理功能的研究。团队以果蝇和小鼠为模型系统，综合运用遗传学、分子生物学与生物化学等多学科手段，深入解析生物钟的运行机理，并重点探索其在代谢调控、免疫应答等关键生理过程中的作用。课题组诚邀对生物钟研究充满热情的青年学者加盟，招聘博士后、研究生若干。欢迎有志于探索生命节律奥秘的英才与我们携手，共同揭示生物钟的未解之谜。更多信息请访问实验室网站

https://cam-su.medical.suda.edu.cn/cms/318793。

制版人：十一

参考文献

1. Kwok, R.S., V.H. Lam, and J.C. Chiu. 2015a. Understanding the role of chromatin remodeling in the regulation of circadian transcription in Drosophila.Fly.9:145–154. https://doi.org/10.1080/19336934.2016.1143993

2. Kwok, R.S., Y.H. Li, A.J. Lei, I. Edery, and J.C. Chiu. 2015b. The catalytic and non-catalytic functions of the brahma chromatin-remodeling protein collaborate to fine-tune circadian transcription in drosophila.PLoSGenet.11:e1005307. https://doi.org/10.1371/journal .pgen.1005307

3. Patke, A., M.W. Young, and S. Axelrod. 2020. Molecular mechanisms and physiological importance of circadian rhythms.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.21:67–84. https://doi.org/10.1038/s41580-019-0179-2

4. Zhu, Q., and W.J. Belden. 2020. Molecular regulation of circadian chromatin.J. Mol. Biol.432:3466–3482. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2020.01.009

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