生物鐘

《生物鐘》綜述了時間生物學尤其是生物鐘調控分子機理方面的*新進展。包含4個主題部分：第一部分致力於闡述生物鐘的分子和細胞基礎；第二部分專門介紹生物鐘如何控制生命過程，也就是通常術語生物鐘輸出通路所包含的內容；第三部分主要討論生物鐘系統對藥理學的影響；第四部分專門介紹研究生物鐘的系統生物學方法。

目錄

第一部分 生物鐘的分子和細胞基礎

第一章 哺乳動物生物鐘的分子組成 3

1.引言 3

2.生物鐘的分子機制 5

2.1 轉錄反饋環路 5

2.2 非轉錄的節律 9

3.外周生物鐘 9

4.哺乳動物視交叉上核是生物鐘主要的同步器 11

5.温度和生物鐘 15

6.結論與總結 17

參考文獻 18

第二章 生物鐘的表觀遺傳學調控 27

1.引言 27

2.表觀遺傳學與生物鐘 29

2.1 SIRT1在生物節律調節中的作用 30

2.2 生物節律的表觀遺傳組的複雜性 32

3.生物鐘紊亂與疾病：癌症和代謝紊亂 33

3.1 生物鐘機制的突變與癌症的聯繫 33

3.2 癌症的時間治療法 34

3.3 生物鐘紊亂和代謝失調 35

4.結論 37

參考文獻 37

第三章 哺乳動物外周生物鐘振盪器 42

1.引言：外周生物鐘的發現 42

2.外周生物鐘的機制 43

2.1 不同組織的生物鐘基因和蛋白質各有不同 44

2.2 外周組織缺乏促進網絡同步化的神經肽能信號 45

3.外周生物鐘的牽引 46

3.1 直接神經刺激的牽引 47

3.2 肽和激素介導的牽引 48

3.3 間接信號温度和攝食的牽引 49

3.4 視交叉上核如何避免牽引自身 50

4.外周生物鐘的生理控制 51

4.1 細胞自主的生物節律生理 51

4.2 內分泌直接控制節律性生理過程 53

4.3 生物節律性生理的間接控制 54

4.4 非經典生物鐘控制的節律性生理 54

5.總結 54

參考文獻 55

第四章 生物鐘起搏轉錄環路之外的細胞機制 62

1.生物鐘與健康和疾病 63

1.1 為什麼要有節律性？ 63

1.2 藥理學相關的生物鐘原理 63

2.時間藥理學 65

2.1 時間藥物動力學 65

2.2 時間藥效學 66

2.3 時效性 66

2.4 臨牀意義 66

3.生物鐘計時的模式和機制 67

3.1 首屈一指的視交叉上核 67

3.2 確定研究的抽象水平 68

3.3 哺乳動物*新的生物鐘計時模型：轉錄反饋 68

3.4 捉摸不定的生物鐘調節機制 69

4.信號轉導通路及代謝 76

4.1 第二信使通路 76

4.2 磷酸化以及其他的翻譯後修飾 76

4.3 蛋白酶體的降解 79

4.4 蛋白質穩定性/活性的節律調節 79

4.5 代謝的相互作用 80

5.視交叉上核特異的計時機制 82

5.1 視交叉上核的生理機能 82

5.2 視交叉上核的第二信使信號 83

5.3 視交叉上核定時和第二信使的相互作用 85

5.4 視交叉上核中日常旁分泌正反饋的偶聯 86

5.5 在具體情形下的視交叉上核信號 88

6.結語 88

參考文獻 89

第五章 大腦中的生物鐘：每日振盪的神經元、神經膠質和神經網絡 97

1.視交叉上核神經元 97

1.1 視交叉上核中神經元-神經元間的信號傳遞 100

2.生物鐘系統的神經膠質細胞 106

2.1 神經元到神經膠質的信號傳遞 107

2.2 神經膠質到神經元的信號傳遞 108

3.常見藥物及其對生物節律性信號傳遞的影響 108

參考文獻 109

第二部分 生理和行為的生物鐘調控控制

第六章 生物鐘與代謝 119

1.引言 119

2.生物鐘、新陳代謝和疾病 120

2.1 代謝過程的節律性 120

2.2 整合生物鐘和代謝過程的視交叉上核環路 121

2.3 外周振盪器和生物鐘對代謝轉錄網絡的調節 123

3.生物鐘紊亂和疾病 124

3.1 生物鐘突變小鼠的代謝表型 124

3.2 人類生物鐘基因的多態性及相關代謝表型 126

3.3 人類生物鐘紊亂的影響 127

4.生物鐘和營養感應 128

4.1 食物組成和進食時間的影響 128

4.2 生物鐘控制NAD+的生物合成和Sirtuin/PARP的活性 129

4.3 氧化還原反應在生物鐘中的作用 130

4.4 生物鐘和核激素受體通路之間的聯繫 131

4.5 生物鐘控制代謝肽激素 132

5.動物和人類生物鐘的研究 132

5.1 實驗設計中生物鐘和環境光的重要性 132

5.2 生物鐘在臨牀中的應用 133

6.結論 134

參考文獻 134

第七章 生物鐘對睡眠的調控 146

1.引言 146

2.睡眠的穩態調節 147

3.睡眠的生物鐘調節 149

3.1 生物鐘基因與睡眠 151

3.2 睡眠剝奪後的生物鐘基因表達 156

3.3 生物鐘相關基因 157

3.4 生物鐘基因在睡眠調節中的複雜作用 158

4.光照對睡眠的調控 158

4.1 視黑蛋白在睡眠調節中的作用 158

5.褪黑激素對睡眠的作用 159

6.社交信號對睡眠的調控 160

7.實際應用 162

7.1 睡眠與心理健康 162

7.2 行為測試 163

8.總結 163

參考文獻 164

第八章 生物鐘對激素水平的調控 171

1.引言 173

2.視交叉上核輸出 174

3.皮質醇和皮質酮的晝夜節律 175

4.褪黑激素的晝夜節律 178

5.黃體生成激素釋放的晝夜節律 183

6.血漿甲狀腺激素濃度的晝夜節律 185

7.血糖和糖調節激素的晝夜節律 187

8.血漿中脂肪因子的晝夜節律 191

9.未來展望 195

參考文獻 195

第九章 生物鐘與情緒相關的行為 210

1.生物鐘調節情緒障礙的證據 210

2.生物鐘基因和情緒障礙 211

3.情緒障礙與生物鐘在代謝中的聯繫 215

4.通過改變生物鐘週期治療情緒障礙 216

參考文獻 218

第三部分 時間藥理學和時間治療法

第十章 生物鐘與藥理學 225

1.引言 225

2.哺乳動物生物鐘系統的分子解析 226

3.藥代動力學的生物鐘調節 227

3.1 吸收 227

3.2 分佈 228

3.3 代謝 229

3.4 排泄 230

4.藥效動力學的生物鐘調節 230

4.1 生物鐘及神經藥理學 230

4.2 代謝性疾病中的生物鐘 232

4.3 衰老、生物鐘及藥理學 233

5.結論 233

參考文獻 233

第十一章 癌症時間治療法：實驗、理論和臨牀應用 241

1.研究背景 241

2.基於生物鐘的癌症治療 242

2.1 排毒的生物鐘控制 243

2.2 細胞週期的生物鐘控制 243

2.3 生物鐘基因與癌症 245

3.癌症時間治療中的臨牀選擇 245

4.時間耐受性和時間療效之間的相互作用 247

4.1 實驗研究 247

4.2 臨牀研究 248

5.邁向個性化癌症時間治療 251

5.1 時間治療方案的數學模擬 252

5.2 癌症患者的生物鐘計時系統的評估 255

6.結論與展望 257

參考文獻 258

第十二章 生物鐘作為潛在治療藥物的藥理學調製作用

——基因毒性與抗癌治療 266

1.哺乳動物的分子生物鐘 266

2.生物鐘蛋白作為DNA損傷（基因毒性應激）反應的調節劑 268

2.1 生物鐘在細胞週期和檢查點控制中的作用 269

2.2 生物鐘對DNA修復的控制 270

2.3 生物鐘與衰老 272

3.通過高通量化學篩選尋找調節生物鐘的藥物 273

3.1 影響培養細胞中生物鐘參數的小分子化合物 274

3.2 篩選影響CLOCK/BMAL1轉錄複合物功能的小分子化合物 275

4.結語 278

參考文獻 278

第十三章 光與人類生物鐘 284

1.引言 284

1.1 不同名字的生物鐘 285

1.2 授時因子 286

1.3 輸入反饋環路：計時因子 287

2.人類生物鐘的牽引 288

2.1 生物鐘的內在週期 288

2.2 社會授時因子 289

2.3 持續的條件與牽引條件的比較 290

2.4 牽引的相位：時型 291

2.5 光是人類生物鐘的授時因子 293

2.6 社會時差概念 296

3.結束語 297

參考文獻 298

第四部分 生物鐘系統生物學

第十四章 時間生物學的數學建模 305

1.引言 305

2.負反饋延遲引起的振盪 307

3.通過同步和牽引實現精準度 309

4.時間治療法的建模研究 314

5.討論 315

參考文獻 321

第十五章 轉錄抑制和延遲在哺乳動物生物鐘的作用 326

1.哺乳動物生物鐘 326

2.生物鐘轉錄網絡的鑑定 327

2.1 基於三個生物鐘控制元件的轉錄網絡 327

2.2 E/E′-box介導的基因調控的重要性 330

3.哺乳動物生物鐘的*小環路 332

3.1 兩個延遲的負反饋迴路 332

3.2 生物鐘控制元件重要性的遺傳證據 334

3.3 通過生物鐘控制元件的組合產生各種的相位 335

4.翻譯後調控—另一層面上的延遲還是另一個振盪器？ 336

4.1 PER的磷酸化 336

4.2 生物鐘振盪器中CRY穩定性的控制 337

4.3 哺乳動物生物鐘的翻譯後振盪 337

參考文獻 338

第十六章 生物鐘系統的全基因組分析 343

1.引言 343

2.生物鐘調控的基因組水平分析 344

2.1 染色質免疫沉澱 344

2.2 基於ChIP-芯片和ChIP-測序的全基因組分析轉錄因子結合 345

3.生物節律轉錄組學 347

4.干擾組學和操控生物鐘運轉 348

5.轉錄之外的研究 349

參考文獻 349

第十七章 蛋白質組學在生物鐘生物學中的應用 352

1.引言 352

2.表達蛋白質組學 353

2.1 大腦和眼睛的蛋白質組 354

2.2 外周器官的蛋白質組 356

2.3 表達蛋白質組學的*新進展 357

3.互作蛋白質組學 358

4.生物鐘生物學中的翻譯後修飾 361

5.應用於代謝組學中的質譜技術 362

6.蛋白質組學在生物鐘生物學應用的展望 362

參考文獻 364

索引 369 ^[1]