扰乱关键蛋白质改变水蚤的生物节律

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经证明，E75蛋白通过与一氧化氮的相互作用，是一些生物节律的关键调节器。抑制E75导致水蚤蜕壳周期延长，后代数量减少，水蚤麦格纳．这项工作也提出了来自环境来源的一氧化氮破坏生物节律的能力的问题，而生物节律对人口的可持续性至关重要。

北卡罗来纳州立大学的生物学教授杰拉尔德·勒布朗(Gerald LeBlanc)对环境线索在调节生物节律中所起的作用很感兴趣水蚤麦格纳作为一个模范有机体。

水蚤麦格纳，或普通水蚤，是一种甲壳类动物，在北美大多数淡水池塘都能找到。水蚤不仅是一个关键物种——对这些生态系统中食物网的维持至关重要——它还是更普遍的甲壳类动物的实验室模型。

“我们正在研究生物节律如何调节生理过程，”勒布朗说。“一个有机体如何知道何时蜕皮?”或者什么时候迁移?许多节奏都是基于环境的暗示;例如，我们自己的昼夜节律——或睡眠周期——部分是基于对光明和黑暗的体验。但是否有类似的环境线索调节较长的节律?如果有，环境压力源可能对它们有什么影响?”

LeBlanc和他的团队以一种蛋白质E75为目标，这种蛋白质在调节某些生物节律方面发挥作用。一氧化氮是一种短寿激素和有效的信号分子，可抑制E75的活性。研究人员将水蚤暴露在一氧化氮生成化合物硝普钠中，扰乱了导致脱壳的分子级联，并增加了脱壳周期的长度。他们随后证实，使用RNA干扰直接抑制E75产生了类似的结果。抑制E75不仅延长了蜕皮周期，而且降低了后代数量。

“水蚤能自然地产生一氧化氮，”勒布朗说，“但它们也能从周围环境中吸收氮化合物，并将其转化为一氧化氮。E75是蜕皮循环中的第一个多米诺骨牌，是蜕皮和繁殖的关键调节器，因为它们在水蚤中是协调的。我们发现一氧化氮可以破坏生物节律，从而破坏生长、生殖成熟时间和繁殖力。随着时间的推移，这种破坏的后果可能对人口是毁灭性的。

“我们还知道，脱毛周期是由环境因素控制的。一氧化氮可能是环境调节剂，在这种情况下，氮的环境来源——如肥料径流——可能会欺骗动物并扰乱其种群。这些都是我们未来想要探索的问题。”

该作品出现在《公共科学图书馆•综合》由国家科学基金会(批准IOS-1350998)资助。前北卡罗来纳州立大学博士生斯蒂芬妮·斯特里特和斯蒂芬妮·艾奇逊对这项工作做出了贡献，这是他们论文研究的一部分。

皮克-

编辑报告:论文摘要如下。

核受体E75在大型水蚤脱壳周期调节中的作用及其破坏的后果

DOI: 10.1371 / journal.pone.0221642

作者: Stephanie Street, Stephanie Eytcheson, Gerald LeBlanc，北卡罗莱纳州立大学
发表2019年8月27日《公共科学图书馆•综合》

摘要：
生物节律调节着无数的生理过程，然而我们对调节这些节律的因素知之甚少。这些节律的时间中断可能会对人口的可持续性产生毁灭性的影响。我们假设大蚤甲壳类动物蜕皮节律的时间是由蛋白E75和一氧化氮共同作用的。进一步，我们假设E75功能的破坏将对与生长和生殖相关的几个生理过程产生不利影响。对调节昆虫蜕皮周期的几个基因mRNA水平的分析显示，E75及其二聚体伴侣HR3、FTZ-F1和CYP18a1在蜕皮周期中依次积累。硝普钠对E75和HR3 mRNA水平没有影响，但延缓了FTZ-F1和CYP18a1 mRNA的峰值积累。随后的剥皮也被延迟，这与FTZ-F1和CYP18a1的峰值积累延迟一致。这些结果支持了我们的论断，即一氧化氮结合E75使其不能结合HR3。过量的HR3蛋白增强了下游产物FTZ-F1和CYP18a1的积累。同样，使用siRNA抑制E75 mRNA水平对HR3 mRNA水平没有影响，但提高了FTZ-F1的mRNA水平。 Consistent with these molecular responses, the suppression of E75 using siRNA increased the duration of the molt cycle and reduced the number of offspring produced. We conclude that the molt cycle of daphnids is regulated in a manner similar to insects and disruption of E75 results in a lengthening of the molt cycle and a reduction the release of viable offspring.