The suprachiasmatic nucleus (SCN) of the anterior hypothalamus is the circadian pacemaker entrained to the 24-hr day by environmental time cues. Major circadian genes such as mPeriod ($mPer1{\sim}3$) and mCryptochrome ($mCry1{\sim}2$) are actively transcribed by the action of CLOCK/BMAL heterodimers, and in turn, these are being suppressed by the mPER/mCRY complex. In the study, the locomotor activity rhythms of mPer1 Knockout (KO) mice are measured, and the expression profiles of Heat Shock Protein 105kDa (HSP 105) genes in the SCN were measured by in situ hybridization. In agreement with previous reports, the locomotor activity rhythm of mPer1 KO mice was much shorter than that of wildtype. In addition, the total bout of activity of mPer1 KO was less in comparison to control mice. The expression of HSP 105 in the SCN of mPer1 KO mice was ranged from CT6 to CT22, with a peak level at CT14, implying that the gene are under the control of circadian clock. However, the expression of HSP 105 in the SCN of wildtype could not be detected in our study. Further analysis will reveal the direct or indirect regulation by mPer1 on the expression in the SCN and the role of the gene in the circadian clock.
본 연구는 생쥐의 난소 및 정소 조직에서 발달 단계에 따라 나타나는 일주기성 clock유전자의 발현과 단백질의 발현 양상을 알아보고자 하였다. 생쥐의 난소 및 정소에서 일주기성 변화와 연관된 유전자(Period1(Per1), Period2(Per2), Period3(Per3), Cryptochromel(Cry1), Cryptochrome2 (Cry2), Clock, Bmall)와 시교차 상핵에서 분비되어 표적 조직 또는 기관으로 전달되는 물질로 알려진 Prokineticin (Prok2)에 대 한 수용체들 (Prok1r과 Prok2r), PERI 단백질의 발현 양상을 발달 단계에 따라 (post partum day; ppd 1, 7, 10, 21, 35) 확인하였다. 주요 clock 유전자들은 생후 발달 단계에 따라 각각 다양한 발현양상을 보였다. 난소의 경우 많은 난포가 성장을 시작하는 시기인 생후 7일과 10일을 전후하여 발현량이 대부분 증가하는 것을 볼 수 있었으며, 정소의 경우에도 발달 단계에 따라 7일에서 발현이 증가하는 양상을 보였다. 특히 clock유전자들은 생후 7일과 10일에서 상대적으로 높은 발현 양상을 보였다 시교차 상핵에서 분비되어 표적기관으로 분비되는 것으로 알려진 Prok2의 수용체의 경우에도 주요 주기성 유전자들의 발현이 증가하는 것과 같은 시기에 발현이 높아지는 것을 확인할 수 있었고, 생식소 발달 초기에 강하게 발현되나 차후 점진적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 PER1의 발현양상을 면역조직화학적 방법으로 확인한 결과, 난포의 각 발달 단계에서 난소 내 정상적인 난포의 과립세포와 난자에서 높게 발현되는 것을 알 수 있었고, 상기의 결과는 Perl 유전자의 발현 양상과 일치함을 확인할 수 있었다 또한 정소 내 Per1 유전자와 PER1 단백질의 발현은 모두 생후 10일과 21일에서 감소하는 경향을 보이나 성적으로 성숙됨에 따라 다시 증가하는 것을 확인할 수 있어, PER1 단백질은 생식소의 발생 단계별로 다양한 발현 양상의 차이를 보이며, 정자와 난자의 정상적인 발달에 밀접한 연관이 있음을 추론할 수 있었다. 본 연구의 결과, 일주기성 clock유전자들 중 특히 Per1이 생식소의 정상 발달에 중요하게 작용할 수 있음을 시사하여 차후 이에 대한 다양한 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.
The molecular components that generate and maintain circadian rhythms of physiology and behavior in mammals are present both in the brain (suprachiasmatic nucleus; SCN) and in peripheral tissues. Examination of mice with targeted disruptions of either mPer1 or mPer2 has shown that these two genes have key roles in the SCN circadian clock. Here we show that loss of the clock gene mPer2 affects forced locomotor performance in mice without altering muscle contractility. A proteomic analysis revealed that the anterior tibialis muscles of the mPer2 knockout mice had higher levels of glycolytic enzymes such as triose phosphate isomerase and enolase than those of either the wild type or mPer1 knockout mice. In addition, the level of expression of HSP90 in the mPer2 mutant mice was also significantly higher than in wildtype mice. These results suggest that the reduced locomotor endurance of the mPer2 knockout mice reflects a greater dependence on anaerobic metabolism under stress conditions, and that the two canonical clock genes, mPer1 and mPer2, play distinct roles in the physiology of skeletal muscle.
Three catalase cDNA clones were isolated from the small radish (Raphanus sativus L.). Their nucleotide and deduced amino acid sequences showed the greatest homology to those of Arabidopsis. Genomic Southern blot analysis, using RsCat1 cDNA as a probe, showed that catalases are encoded by small multigene family in the small radish. Nondenaturing polyacrylamide gels revealed the presence of several catalase isozymes, the levels of which varied among the organs examined. The isozyme activities were assigned the individual catalase genes by Northern analysis using total RNA from different organs. The three catalase genes were differentially expressed in response to treatments such as white light, xenobiotics, osmoticum, and UV. Their expression in seedlings was controlled by the circadian clock under a light/dark cycle and/or in constant light. Interestingly, RsCat1 transcripts peaked in the morning, while those of RsCat2 and RsCat3 peaked in the early evening. Our results suggest that the RsCat enzymes are involved in defense against the oxidative stress induced by environmental changes.
Three different catalase cDNA clones (CaCat1, CaCat2, and CaCat3) were isolated from hot pepper (Capsicum annuum L.), and their expression patterns were analyzed at the levels of mRNA and enzyme activity. Northern hybridization showed that the three catalase genes were differentially expressed in various organs, and that expression of CaCat1 and CaCat2 was regulated differently by the circadian rhythm. In situ hybridization revealed different spatial distributions of CaCat1 and CaCat2 transcripts in leaf and stem. In response to wounding and paraquat treatment, CaCat1 mRNA increased at 4-12 h in both paraquat-treated and systemic leaves. In contrast, wounding had no significant effect on expression of the catalase genes. The increase of catalase activity in the paraquat-treated and systemic leaves paralleled that of CaCat1 mRNA, but did not match that of CaCat1 mRNA in paraquat-treated stems. Our results suggest that CaCat1 may play a role in responses to environmental stresses.
Kim, Byeong-Hoon;Hur, Sung-Pyo;Hur, Sang-Woo;Takeuchi, Yuki;Takemura, Akihiro;Lee, Young-Don
Fisheries and Aquatic Sciences
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제20권8호
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pp.17.1-17.8
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2017
Somatostatin (SS) and growth hormone-releasing hormone (GHRH) are primary factors regulating growth hormone (GH) secretion in the pituitary. To date, it remains unknown how this rhythm is controlled endogenously, although there must be coordination of circadian manners. Melatonin was the main regulator in biological rhythms, and its secretion has fluctuation by photic information. But relationship between melatonin and growth-related genes (ghrh and ss) is unclear. We investigated circadian rhythms of melatonin secretion, ghrh and ss expressions, and correlation between melatonin with growth-related genes in tiger puffer Takifugu rubripes. The melatonin secretion showed nocturnal rhythms under light and dark (LD) conditions. In constant light (LL) condition, melatonin secretion has similar patterns with LD conditions. ss1 mRNA was high during scotophase under LD conditions. But ss1 rhythms disappeared in LL conditions. Ghrh appeared opposite expression compared with melatonin levels or ss1 expression under LD and LL. In the results of the melatonin injection, ghrh and ss1 showed no significant expression compared with control groups. These results suggested that melatonin and growth-related genes have daily or circadian rhythms in the tiger puffer. Further, we need to know mechanisms of each ss and ghrh gene regulation.
Circadian rhythm is a global phenomenon, the control mechanisms of which are manifested at every level of biological organization, from genes and intracellular mechanisms to networks of cell populations, and to all central neuronal systems at the organismic level. In pharmacotherapy, the pharmacokinetic parameters such as drug absorption and distribution, drug metabolism, and renal elimination show diurnal variations. The symptoms and signs in diseases like asthma, myocardiac infarction, angina pectoris, hypertension and stroke also show diurnal fluctuations. These observations require drug treatment considering the circadian rhythm of body function and disease. Circadian time has to be taken into account as an important variable influencing a drug's pharmacokinetics and/or its effects or side effects in clinical practice.
Growing evidence shows that deregulation of the circadian clock plays an important role in the development of malignant tumors, including gliomas. However, the molecular mechanisms of gene chnages controlling circadian rhythm in glioma cells have not been explored. Using real time polymerase chain reaction and immunohistochemistry techniques, we examined the expression of two important clock genes, cry1 and cry2, in 69 gliomas. In this study, out of 69 gliomas, 38 were cry1-positive, and 51 were cry2-positive. The expression levels of cry1 and cry2 in glioma cells were significantly different from the surrounding non-glioma cells (P<0.01). The difference in the expression rate of cry1 and cry 2 in high-grade (grade III and IV) and low-grade (grade 1 and II) gliomas was non-significant (P>0.05) but there was a difference in the intensity of immunoactivity for cry 2 between high-grade gliomas and low-grade gliomas (r=-0.384, P=0.021). In this study, we found that the expression of cry1 and cry2 in glioma cells was much lower than in the surrounding non-glioma cells. Therefore, we suggest that disturbances in cry1 and cry2 expression may result in the disruption of the control of normal circadian rhythm, thus benefiting the survival of glioma cells. Differential expression of circadian clock genes in glioma and non-glioma cells may provide a molecular basis for the chemotherapy of gliomas.
Jin A Kim;Min Ju Kim;Young-Su Park;Jun-Hwan Kim;Cheol Young Choi
한국해양생명과학회지
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제9권1호
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pp.47-52
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2024
Light is a major external environmental factor that influences the circadian rhythm of photosynthetic organisms and various physiological phenomena, such as growth, maturation, and behavior. The number of light-reaching organisms changes depending on the season and atmospheric conditions, and the intensity and wavelength of light differ depending on the organisms inhabiting the environment. Altered light changes the circadian rhythm of fish, which is controlled by clock genes, such as period 2 (Per2), cryptochrome 1 (Cry1), and melatonin. In this study, we set the zeitgeber time (ZT; 14 light-10 dark, LD) based on the actual sunrise and sunset times and examined Per2 and Cry1 activities, levels of aralkylamine N-acetyltransferase (AANAT), and melatonin in Pholis nebulosa, a drifting seaweed species exposed to irregular light. Per2 and Cry1 levels increased during the daytime and decreased after sunset. The AANAT levels decreased during the daytime and increased during the night. Melatonin concentration was highest around midnight (ZT21, 23:30), but exhibited similar concentrations during the daytime. While the activity of Per2, Cry1, and AANAT levels exhibited a typical circadian rhythm observed in most vertebrates, melatonin concentrations did not show a significant difference between the daytime and nighttime. These findings provide insights into the circadian rhythm patterns of organisms exposed to irregular light environments, such as P. nebulosa, which differ from those of typical fish species.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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