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CLOCK/BMAL1复合物的磷酸化是一种可逆的翻译后修饰，在调控昼夜节律振荡中发挥核心作用；然而，其潜在的机制基础仍知之甚少。尽管生物化学研究表明，磷酸化会调节CLOCK/BMAL1与DNA的结合，但这些效应究竟仅限于局部扰动，还是也会通过变构效应传播，目前仍不清楚。此外，磷酸化对组蛋白动力学以及转录因子-核小体相互作用的影响尚未得到系统研究。 在本研究中，我们基于最近解析的CLOCK/BMAL1与核小体复合物的冷冻电镜结构，采用对粗粒化分子动力学模拟进行反向映射所获得的原子级轨迹来探讨这些问题。我们研究了三种经实验鉴定的磷酸化状态：CLOCK bHLH^S38/42、BMAL1 bHLH^S78，以及两种蛋白同时发生磷酸化的状态。我们的结果表明，磷酸化以非对称方式调控CLOCK和BMAL1。尽管磷酸化会削弱被修饰bHLH结构域与E-box的相互作用，但BMAL1的磷酸化同时增强了CLOCK bHLH结构域对DNA的结合，这一效应在双重磷酸化复合物中仍然存在，并表明BMAL1的磷酸化是占主导地位的调控事件。受控拉伸模拟进一步表明，磷酸化使CLOCK和BMAL1与DNA相互作用的机械稳定性趋于一致。 除调节DNA结合外，磷酸化还通过改变CLOCK PASB结构域与组蛋白H3之间的接触，以及BMAL1 PASA结构域与H2A/H2B酸性斑块之间的接触，重塑蛋白质-组蛋白相互作用；同时，还重构了整个异二聚体中的残基相关性和变构通讯网络。重要的是，磷酸化增加了CLOCK HI环与H3^1 L1肘部之间的分离距离，这支持了一种结构模型：磷酸化作为一种预激事件，为CRY1募集到染色质结合的CLOCK/BMAL1复合物提供了更为宽松的环境，从而促进转录抑制。 总体而言，我们的研究结果表明，磷酸化通过协调性地重塑DNA结合、核小体相互作用以及长程变构通讯来调控CLOCK/BMAL1复合物，为理解昼夜节律转录抑制提供了机制框架，并为靶向分子昼夜节律钟的治疗药物的理性设计奠定了基础。
摘要
CLOCK/BMAL1复合物的磷酸化是一种可逆的翻译后修饰，在调控昼夜节律振荡中发挥核心作用；然而，其潜在机制基础仍知之甚少。尽管生化研究表明磷酸化会调节CLOCK/BMAL1与DNA的结合，但这些效应究竟仅限于局部扰动，还是也会通过变构效应传播，仍不明确。此外，磷酸化对组蛋白动力学以及转录因子—核小体相互作用的影响尚未得到系统研究。
在此，我们基于近期解析的CLOCK/BMAL1与核小体复合物冷冻电镜结构，通过对粗粒化分子动力学模拟进行反向映射所获得的原子尺度轨迹，来探讨这些问题。我们研究了三种经实验鉴定的磷酸化状态：CLOCK bHLHS38/42、BMAL1 bHLHS78，以及两种蛋白同时磷酸化的状态。结果表明，磷酸化以非对称方式调控CLOCK和BMAL1。尽管磷酸化会削弱被修饰bHLH结构域与E-box的相互作用，但BMAL1的磷酸化同时增强了CLOCK的bHLH结构域与DNA的结合，这一效应在双重磷酸化复合物中仍然持续存在，并表明BMAL1的磷酸化是主导性的调控事件。受控牵引模拟进一步表明，磷酸化使CLOCK和BMAL1与DNA相互作用的机械稳定性趋于一致。除调节DNA结合外，磷酸化还通过改变CLOCK PASB结构域与组蛋白H3之间的接触，以及BMAL1 PASA结构域与H2A/H2B酸性斑块之间的接触，重塑蛋白—组蛋白相互作用，同时重构整个异二聚体中的残基相关性和变构通信网络。
重要的是，磷酸化增加了CLOCK HI环与H3α1 L1肘部之间的间距，这支持了一种结构模型：在该模型中，磷酸化作为一种预激事件，为CRY1募集到染色质结合状态的CLOCK/BMAL1复合物提供了更为宽松的环境，从而促进转录抑制。
总体而言，我们的研究结果表明，磷酸化通过协调性重塑DNA结合、核小体相互作用以及长程变构通信来调控CLOCK/BMAL1复合物，从而为昼夜节律转录抑制提供了机制性框架，并为靶向分子昼夜节律钟的治疗药物理性设计奠定了基础。
利益冲突声明 脚注 https://osf.io/m7q4k/overview?view_only=3e66d7ab41a14745be173c726a14e46a
已声明的资助信息 伊斯坦布尔大学研究基金 ，FYL-2022-38660 ，FYL-2023-40057 ，FYL-2023-40061
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发布于2026年7月3日。 下载PDF 补充材料 数据/代码 电子邮件
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Dima Amairy， Hanife Pekel， Seref Gul， Ozge Sensoy bioRxiv 2026.06.30.735537； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.30.735537
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CLOCK/BMAL1/核小体复合物的磷酸化依赖性重塑 Dima Amairy， Hanife Pekel， Seref Gul， Ozge Sensoy bioRxiv 2026.06.30.735537； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.30.735537
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.30.735537v1?rss=1
🏷️ 昼夜节律 磷酸化 CLOCK/BMAL1 核小体重塑 变构调控 分子动力学模拟