日夜節律基因異常與癌症發生之分子調控機轉探討

哺乳動物體內許多生理作用 (例如：基因的表現、代謝作用、行為) 均受到內在生物時鐘的調控而維持一天二十四小時的節律。目前所有已知的生物時鐘都是使用「轉錄-轉譯」回饋循環來調控日夜節律。因此，日夜節律基因的 mRNA、日夜節律蛋白、以及受到日夜節律調控的基因會呈現日夜的變動。日夜節律的破壞以及週邊日夜節律時鐘的失調與癌症的發生關係相當密切。我們之前的研究顯示，在慢性骨髓性白血病 (CML)、急性骨髓性白血病、急性淋巴性白血病、頭頸癌症病人的週邊血中 PER3 基因的表現都比健康成人明顯降低，而且在健康成人中 PER3基因的表現會呈現日夜變動，但在 CML病人這種變動則會消失。越來越多的證據顯示，基因的突變對日夜節律的調控角色或許不若表觀基因修飾作用來得重要。最近更有許多研究指出，細胞代謝作用與二十四小時日夜節律之間具有相當的關連性。許多重要的代謝作用基因的表現均呈現日夜變動，而且 Clock 基因缺失的老鼠會變得嗜吃及肥胖，最後導致代謝疾病 (例如：血糖過高、脂肪肝) 的產生。由於生物時鐘的功能以及對於輸入訊號的整合主要是仰賴轉錄作用的調控，因此在日夜節律的循環中以及反應外來訊息時，染色質重建很有可能是調控機制中的關鍵。CLOCK 具有 histone acetyltransferases (HAT) 的活性會將 BMAL1 乙醯化，而這個作用對於生物時鐘所調控的基因的表現是必需的。SIRT1 (sirtuin 1) 是一個需要 NAD+ 才具有活性的 histone deacetylases，它會抗衡 CLOCK 的 HAT 活性，並藉此調控日夜節律。因為 NAD+ 直接調控 SIRT1 的去乙醯化活性，因此 NAD+ 濃度的節律調節似乎是調控日夜節律、細胞代謝、細胞生長中一個最重要的調控機制。基於我們之前對人類癌症的研究結果，我們已經可以確立日夜節律失調與癌症的發生之間的相關性，然而其背後的相關機制，尤其是與染色質重建失調的直接相關性並不清楚，目前也沒有研究人類的相關報告。因此，在本研究中我們計畫建立一個細胞株實驗模式來釐清這些未解的問題。我們的三年實驗設計如下： 第一年： 建立日夜節律基因表現抑制或是過度表現的細胞株以探討日夜節律基因在維持日夜節律中的功能角色。 第二年： 進行日夜節律基因表現抑制或是過度表現的細胞株的功能性分析，並進一步探討調控路徑。 第三年： 以細胞株探討透過染色質重建作用所調控的 NAD+ 生合成路徑及 SIRT1 對CLOCK: BMAL1的調控機轉，並釐清代謝作用與日夜節律調控之間的關係。

系統編號:PC10308-1900
原計畫編號:MOST103-2320-B182-023